重庆一中化学小组以石墨做电极.对电解水实验进行了如下探究。
(1)用图一装置进行实验,写出电解水反应的化学反应式,当A、B电极上均有气泡产生时,C中液面(填“上升”、“下降”或“不变”)。
(2)电解纯水的速率较慢,可通过改变电压、加入固体等方法提高电解水的速率.小组同学进行多次实验,测得产生20mL氢气所需时间如图二所示,电解水速率最快的组合是(填序号)。
a.5%溶液,电压为12V
b.5%溶液,电压为6V
c.10%溶液,电压为12V
d.10%溶液,电压为6V
【问题】以石墨做电极,选择10%的溶液进行电解水实验,测得数据如表一所示。发现正负两极气体体积比远小于1:2.体积比异常的原因是什么呢?
表一:
时间/每次间隔2分11秒 | 10% 溶液 |
正极气体体积/mL | 负极气体体积/mL |
第一次测量 | 2.2 | 9.7 |
第二次测量 | 4.5 | 19.2 |
第三次测量 | 6.9 | 28.4 |
【信息】
资料1:在20℃、1个标准大气压下,1体积水中分别最多可溶解约0.018体积的氢气和0.031体积的氧气。
资料2:溶液不显电性,在水中全部以和的形式存在,在水中全部以和的形式存在。
资料3:可与溶液反应生成。
【猜想】
猜想一:氧气比氢气更易溶于水,导致体积比小于1:2
猜想二:石墨电极与氧气反应生成 , 被溶液吸收,导致体积比小于1:2
【实验】
(3)①图一电解水装置中水的总体积为100mL,假设氢气和氢气在水中溶解达到最大值,则表一第三次电解水实际产生的氧气和氢气的体积比为,仍小于1:2,说明导致体积比异常原因不止氢气和氧气在水中的溶解性差异。
②为了验证猜想二,甲同学利用数字化实验设备测定反应后液体中离子个数比为(填序号),证明猜想二也成立。
a.1:1 b.1:6 c.1:1.5 d.2:1
【反思】
(4)为使电解水反应准确高效,选择电极材料时应综合考虑多方因素,所以适合的电极材料应具备以下哪些性质(填序号)。
a.导电性好
b.价格昂贵
c.与氢氧化钠发生反应
d.不与氢气或氧气反应