4.5 電解水
水是地球上最常見的物質之一，地球上70%的面積被水覆蓋，96%的水分布在海洋。在常溫常壓下，水是無色無味的透明液體，被稱為人類生命的源泉。
人們很早以前就對物質的組成提出過各種各樣的猜想。大約自西元前六世紀起的希臘，開始出現了對于事物構成來源的討論與說法。希臘第一位哲人泰利斯（Thales，前625-547）由推論及觀察中，提出了水是構成宇宙的原質。他認為，水可以變成硬如石頭的固體，也可以變成看不到、摸不到，卻無所不在的氣體，因此它的變化包含了所有物質的存在狀態(tài)（固體、液體、氣體三態(tài)）；而且許多生物都生活在水中，而所有的生物沒有水都無法生活，所以，所有的物質或許就是有水產生的。但泰利斯認為他的結論并非就是真理，并告訴學生：“這是我的看法，我的想法，你們要努力改進我的教導?！?著名的希臘數學家兼哲人畢達哥拉斯（Pythagoras，前580-前490），和他的學派放棄了單一元素的觀念，提出了最初的四元素說。他們以為物質是由土、水、氣、火四者組成，而這四者又由冷、熱、濕、燥四種基本物性兩兩組合而成，例如水是冷與濕的組合，火是熱與燥的組合。
英國化學家波義耳（1627-1691）在1661年發(fā)表《懷疑派的化學家》，對古代元素學說進行了批判，認為它們都不是真正的元素。他提出，元素應該是指既不能由其他物質生成，也不能相互轉換，無法再分解的某種原始、簡單的東西。他并提出，元素的種類有很多，什么東西能被算是元素，要用實驗來確定。（在現代科學觀中仍有將四種物質形態(tài)的象征：土、水、氣、火分別對應著固態(tài)、液體、氣態(tài)、等離子態(tài)）羅伯特波義耳的肖像：
關于水的組成，西方科學界在1800年， 亞歷山德羅-伏特發(fā)明了伏打電池，并于數周后，被威廉-尼克森和安東尼-卡萊爾用于電解水。1869年格拉姆發(fā)明直流發(fā)電機后，電解水逐漸引人關注，并成為一種廉價制氫的方法。這里要寫1790-1820年左右，化學史的內容，對水的元素組成的爭論。結合德謨克利特的原子論，以及阿伏伽德羅等科學家的猜想，最終確定水是由氫氧元素組成的，而且化學式是H2O。
科學家們研究水的組成，是從氫氣燃燒開始的。我們之前已經學習了氫氣，無色無味，難溶于水，密度比空氣小，具有可燃性，點燃前必須驗純。
這個反應的逆反應，就是將水分解，研究產物，以確定水的組成。接下來，就讓我們沿著前輩科學家的路，重新進行電解水的實驗，觀察現象，并得出結論。
我們認識物質，通常用點燃、混合等方法。
這次，我們將水通上直流電，來證明水的組成。
1
過程與現象
電解水，也就是將水通電，讓它分解。而純凈的水導電效果非常差，無法進行電解水實驗，即使通電了，反應也特別慢，所以水中要加入少量硫酸鈉或氫氧化鈉，用來增強水的導電性。（硫酸鈉和氫氧化鈉為什么能夠增強水的導電性呢？我們在第十章和第十一章講堿和鹽的時候，會詳細闡述原理。）
我們可以這樣來理解水這種物質：它是由許多水分子聚集而成的：
那么如何來證明呢？
可以通過電解水的方法。
上圖右側是水電解器，考試中也常出現這種同樣原理的圖：
接下來，將這些水加入水電解器，接通直流電源，觀察現象。
可以觀察到，兩電極都有氣泡產生（如果想反應快一點，還可以增加電壓），正負極的玻璃管都有氣泡產生，隨著時間的推移，正負極都聚集了許多的氣體，但是正極的氣體少，負極的氣體多，且V正:V負≈1:2。
電解水的過程，是這樣的：
切斷電源之后，可以用什么方法證明正極產生的是氧氣呢？
（這里也可以用燃著的木條來測試）
可以用什么方法證明負極產生的是氫氣呢？
氫氣已被列為潛在的清潔能源燃料，同時氫燃料可以通過氫燃料電池的方式驅動各類電子設備及電驅動車。隨著氫燃料的飛速發(fā)展，電解制氫也逐漸步入工業(yè)化取代傳統(tǒng)的蒸汽重整制氫的方法來消除對天然氣的依賴性同時又減少成本增加氫燃料純度。
2
原理與結論
生成氫氣和氧氣的化學式都跟了上升箭頭，表示氫氣氧氣徹底脫離了原來水這個體系。
從化學變化的本質理解：
氫氣燃燒的方程式：
（是不是有點像）
3
分析與拓展
1. 電解水過程中，水發(fā)生了分解反應，生成的新物質是氫氣和氧氣；
2. 通過氫氣在空氣中燃燒生成水，電解水生成氫氣和氧氣，可知水并不只由一種元素組成，而是由氫氧兩種元素組成的。
3. 因為水這種物質是由大量水分子聚集而成的，所以保持水這種物質的化學性質的最小粒子是水分子。
4
小結
中考必考內容。
拓展問答（初中不考）
陳同學問：為什么正極產生的是氧氣，負極產生的是氫氣？
答：我們知道水這種物質可以理解為是由大量的水分子聚集在一起的，而每個水分子的結構我們也知道：
電解水的時候，電池的負極提供電子，正極吸引電子：
電解水過程中，水分子發(fā)生如下變化：
*是氫原子原來帶的電子，紅點是氧原子原來帶的電子。
電流的本質，是電子從電池的負極流向正極。我們可以將水分子看做氫離子和氧離子。電池的負極提供電子，氫離子帶正電荷，就互相吸引了，首先變成氫原子，然后結合成更穩(wěn)定的氫分子。電池的正極吸引電子，正好氧離子能夠提供多余的電子，氧離子失去電子之后變成氧原子了，進而結合成更穩(wěn)定的氧分子。
