通电后的铅笔芯，居然在水里冒泡了

潘浩，资深科学老师，“大潘科学实验站”自媒体平台创始人，桐庐县科学组大组成员，桐庐县骨干教师。曾获“2019浙江教育年度新闻人物”称号，被评为2022年第三季度“杭州好人”、桐廬县战“疫”青年标兵、桐庐县首届“最美科技工作者”、桐庐县优秀教师。

小美：植物真的好神奇！怎么就能制造出氧气呢？

大潘：它们可是人类赖以生存的重要资源！

小美：如果没有植物，是不是地球上就没有氧气了？

大潘：那也不是，我们可以利用电解水的方法制造氧气。

小美：电解质水？那种店里卖的饮料吗？

大潘：……

实验材料

9V电池（积层电池），小苏打，自来水，勺子，直筒瓶，铅笔两支，搅拌棒，纸杯。

实验步骤

1.往直筒瓶中倒入自来水。

2.在自来水中加入少量小苏打，搅拌均匀。

3.用铅笔在纸杯的底部钻两个小孔，位置需相邻。让两支两头削尖的铅笔穿过小孔，调整两支铅笔的位置使长度一致。

4.将纸杯套入装有自来水的直筒瓶，确保笔尖浸入水中。

5.将9V电池倒扣在两支铅笔尖上，使铅笔尖分别与电池的正负极相连接。

（实验中一定要注意安全哦！）

实验现象

接上电池后，浸泡在水中的两支铅笔的笔尖周围不停地冒出许多小气泡。我们会发现，与电池负极相接的铅笔的笔尖周围冒出的小气泡明显多过另一支。这是为什么呢？

原理解答

电解是使电流通过电解质溶液或者熔融态电解质，在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程。本实验中，电解质溶液就是加了小苏打的自来水，加小苏打的目的是增强水的导电能力。

将电能转化为化学能的装置叫作电解池，比如实验中装了小苏打溶液的直筒瓶。电流流进负极（阴极），溶液中带正电荷的正离子迁移到阴极，并与电子结合，变成电中性的元素或分子；带负电荷的负离子迁移到另一电极（阳极），给出电子，变成电中性的元素或分子。需要说明的是，和电源负极相连的是阴极，阴极上发生还原反应；和电源正极相连的是阳极，阳极上发生氧化反应。

铅笔芯的主要成分是石墨，具有很好的导电性能。电路接通后，电离产生氢气和氧气，所以笔尖周围会冒出小气泡。其中，阴极产生氢气，阳极产生氧气。由于两个水分子（H2O）在通电后产生两个氢分子（H₂）和一个氧分子（O₂），所以阴极产生的气泡比阳极更多。

整个电解水的过程用方程式可表述为：

2H₂O =（通电）2H₂↑+ O₂↑

拓展园地

我们都知道，水（H₂O）是由氢、氧两种元素组成的无机物，在常温常压下为无色无味的透明液体。水是最常见的物质之一，也是包括人类在内所有生命生存的重要资源，是生物体最重要的组成部分。水中含有氢（H）、氧（O）两种元素。这种组成中含有不同种元素的纯净物叫作化合物，如二氧化碳（CO₂）和氧化铁（Fe₂O₃）。由同种元素组成的纯净物叫作单质，如氢气（H₂）、氮气（N₂）和氧气（O₂）。