電解液變黑探析

一、提出問題

用碳電極電解氯化銅時。陰極區出現黑色物質，電解后的溶液明顯比電解前顯黑色。而該電解原理是：銅離子在陰極得電子，電極上析出金黃色的銅層，氯離子在陽極失電子形成有刺激性的黃綠色氯氣，陰極區出現黑色屬于異常。

二、假設與實驗

第一個假設：黑色物質是氧化銅。猜測理由是，溶液中只有銅、氯、氧、氫四種元素，碳電極屬于惰性電極，自身不發生變化，四種元素形成的物質顯黑色最大可能性是氧化銅；同時，在陰極有部分氫離子得電子，從而促進水的電離，氫氧根離子與銅離子結合后受熱(電解時部分電能轉變為熱能)分解成氧化銅。

實驗驗證：如果黑色物質是氧化銅，向變黑后的電解液中加入鹽酸，黑色物質應消失，溶液顏色恢復到原來狀態。為了對照，取相同體積的電解前溶液和電解后溶液，分別加相同體積相同質量分數的鹽酸，久置或加熱，兩者顏色沒有變化。

再長時間進行電解，發現陽極區出現明顯的藍色沉淀，說明陰極區不可能出現氫氧化銅。因此，黑色物質不是氧化銅。

第二個假設：黑色物質是銅單質。猜測理由是，聯想銀鏡反應，也能觀察到反應后溶液呈黑色，是由于單質銀存在于溶液中，金屬粉末大多呈黑色。

銅離子在陰極得電子生成銅單質，由于部分銅單質因種種原因未能及時吸附到電極上，故以極細的粉末形式飄浮在電解液中。

實驗驗證：黑色物質如果是銅單質，加鹽酸當然不會變化；改加硝酸，應該有變化。為了對照，同上取兩種溶液分別加同體積同質量分數的濃硝酸，加熱，發現電解后的黑色溶液能產生較明顯的紅棕色氣體，而對照組稍有顏色但不明顯。

初步證明，黑色物質是銅單質。但由于反應后溶液顏色仍無法恢復到原來狀態等原因，確證黑色物質還有待于后續研究。

三、結論和解釋

出現黑色物質與哪些因素有關?

用硝酸銅替代氯化銅進行電解實驗，發現任何濃度的硝酸銅溶液均未見黑色現象，說明銅鹽電解時銅能否順利地吸附到電極上與陰離子關系密切：

用不同深度的氯化銅進行電解實驗，發現黑色物質出現與濃度關系密切，電解液越稀則黑色物質出現越少。

可見，要想使銅較理想地在電極上析出，控制濃度與選擇合適的陰離子都很重要。