生活與科學：水分解的秘密
【明報專訊】水是我們生活中不可或缺的元素。我們將通過有趣的「鉛筆電解水實驗」，揭開水的奧秘！原來水不僅可以被分解，還能在電解過程中產生氫和氧，這些氣體甚至可以轉化為能源。
香港青年科學院院士、香港城市大學香港清潔能源研究院副院長葉軒立教授(圖)告訴我們，水(H?O)在電流的作用下會分解成氫氣(H?)和氧氣(O?)。鉛筆電解水實驗就是典型的電解反應，展示水的化學分解過程，以及如何利用電能將水分解變成氫氣和氧氣。
■實驗材料
˙兩支削尖的鉛筆(木頭鉛筆，需露出筆芯兩端)
˙1粒乾電池(如AA或9V電池)
˙1杯水(最好加入小量食鹽或蘇打粉作為電解質)
˙1個透明玻璃杯或塑膠杯
■實驗步驟
1.準備電極：將兩支鉛筆的兩端削尖至石墨筆芯完全露出。筆芯將作為實驗中的「電極」。
2. 固定鉛筆：把兩支鉛筆插入有水的杯中，確保其中一端筆芯浸在水裏，但不要讓兩支筆芯互相接觸。可用膠帶或夾子將鉛筆固定在杯的邊緣。
3.連接電池：將乾電池的正極連接到一支鉛筆末端，負極連接到另一支鉛筆末端，形成閉合電路。
4.當電路連接完成後，在水中的兩端筆芯開始冒出氣泡：正極(氧化反應)一端會產生氧氣(O?)；負極(還原反應)一端會會產生氫氣(H?)。
■解說鉛筆電解水實驗
葉教授解釋，當筆芯連接到電池的負極時，由於產生還原反應，水中的氫離子(H?)獲得電子，形成氫氣(2H?+2e?→H?)；將筆芯連接電池正極時，會產生氧化反應，水分子失去電子，生成氧氣和氫離子(2H?O→O?+4H?+4e?)。隨着電解反應產生氫氣及氧氣，水中的筆芯冒出氣泡。
葉教授說，氫氣可以作為高效的清潔能源，相較於傳統需要燃燒化石燃料，例如煤、天然氣等的發電方式，氫氣燃燒後只會產生水蒸氣，不會釋出二氧化碳或其他空氣污染物。近年，利用太陽能等可再生能源推動電解水產生「綠色」氫氣，已成為清潔能源領域的新興趨勢。例如，香港已投入使用氫燃料電池巴士，以氫氣作為主要動力來源。未來，氫能源有望進一步應用於其他類型車輛的燃料電池技術中。氫能正逐漸成為未來能源的關鍵選項。
葉教授認為，這個鉛筆電解水實驗是安全且直觀的科學活動，能夠啟發學生對清潔能源和環保技術的興趣，並更深入地了解科學能改變世界，甚至激發創新靈感。
文、圖：香港青年科學院
實驗圖：常識學堂
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[常識學堂 第327期]
