电解硫酸铜用2B铅笔做电极为什么会溶解？
用2B铅笔做电极进行硫酸铜电解，铅笔头会溶解，这背后其实是一场精妙的化学“表演”。要弄明白这其中的道理，我们得先剖析一下2B铅笔的组成，以及电解硫酸铜溶液时会发生什么。
铅笔头：不止是“铅”
你可能会觉得铅笔芯里全是铅，所以叫“铅笔”。但实际上，现代铅笔芯的主要成分是石墨（一种碳的同素异形体），再加上黏土来控制笔芯的硬度和强度。2B铅笔之所以“软”且颜色深，是因为它的石墨含量高，黏土的比例相对较低。
这里的关键是石墨。石墨是一种非常稳定的物质，即使在常温下，它也不会轻易与硫酸铜溶液发生反应。那么，问题来了，为什么它还会溶解呢？
电解硫酸铜：一场“抢夺”与“沉积”
现在我们来看看电解硫酸铜溶液。这是一个电化学过程，需要直流电源。当我们将两个电极（在这里，一个是2B铅笔，另一个可能是铜片或者其他惰性电极，不过通常为了演示效果，会用一个作为阳极，一个作为阴极）插入硫酸铜溶液中，并接通电源，就会发生一系列的变化：
1. 离子化： 硫酸铜（CuSO₄）在水中会电离成铜离子（Cu²⁺）和硫酸根离子（SO₄²⁻）。
CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄²⁻
2. 电极反应： 直流电源的作用是推动电子的定向移动，从而在电极上引发化学反应。
阴极（负极）： 阴极吸引带正电的离子。在这里，阴极会吸引Cu²⁺。Cu²⁺从溶液中获得电子，被还原成金属铜，然后沉积在阴极上。
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (s)
（这就是我们在另一个电极上看到的铜沉积现象）
阳极（正极）： 阳极是电子的来源（电子从电源流出到阳极），它会吸引带负电的离子，或者自身发生氧化反应。
铅笔头（石墨）作为阳极时的“溶解”
现在，我们把重点放在用2B铅笔作为阳极（接电源正极）的情况。
当石墨（碳）作为阳极时，它会与溶液中的一些物质发生反应。在电解硫酸铜溶液的体系中，阳极会发生氧化反应。虽然水（H₂O）在理论上可以被氧化成氧气（O₂），但在这里，石墨作为阳极，其本身会发生氧化。
更准确地说，当石墨作为阳极时，它会提供电子给电源（即被氧化）。然而，我们看到的“溶解”并不是指石墨本身在溶液中变成离子。而是因为在阳极氧化过程中，石墨中的碳原子会与溶液中的氧原子结合，形成可溶性的产物，例如二氧化碳（CO₂）或者碳酸根离子（CO₃²⁻）等，这些产物会进入溶液，使得铅笔头看起来“变小”或“溶解”了。
这个过程可以简化理解为：
C (s) + O₂ (g) → CO₂ (g) （如果溶液中有溶解氧，或者水被氧化产生的氧参与反应）
或者更直接地，在阳极电场作用下，石墨中的碳原子失去电子，并与来自水分子或硫酸根离子的氧原子结合：
C (s) → CO₂ + 4e⁻ （这是一种简化的表示，实际过程可能更复杂，涉及生成多种含碳氧化物）
为什么是2B铅笔？
2B铅笔的“溶解”比硬度更高的铅笔（如4H）更明显，原因有几个：
高石墨含量： 2B铅笔含有更多的石墨，这意味着有更多的碳原子参与到阳极氧化反应中。
较少的黏土： 黏土起到了“骨架”作用，黏土比例越高，笔芯越不易碎，也越不容易在电化学反应中“散架”。2B铅笔的黏土比例低，石墨颗粒结合相对松散，更容易在氧化过程中被“剥离”或转化。
反应速率： 尽管石墨是相对稳定的，但在阳极电位足够高时，它会被氧化。2B铅笔的结构使得这种氧化反应更容易在电极表面展开，产生可见的“消耗”效果。
总结一下：
你看到的2B铅笔溶解，并非是铅笔芯中的“铅”在化学意义上的溶解（因为铅笔芯基本没有金属铅），而是石墨（碳）作为阳极，在电解过程中被氧化，与氧原子结合生成可溶性的二氧化碳等气体或离子，这些产物逸散到溶液中，导致铅笔头逐渐消耗。 2B铅笔因为石墨含量高、黏土少，所以这种“溶解”现象会比较明显。
所以，下次你看到铅笔头在电解硫酸铜溶液中“融化”，其实是在见证一场碳在电流驱动下的氧化反应。
铅笔头：不止是“铅”
你可能会觉得铅笔芯里全是铅，所以叫“铅笔”。但实际上，现代铅笔芯的主要成分是石墨（一种碳的同素异形体），再加上黏土来控制笔芯的硬度和强度。2B铅笔之所以“软”且颜色深，是因为它的石墨含量高，黏土的比例相对较低。
这里的关键是石墨。石墨是一种非常稳定的物质，即使在常温下，它也不会轻易与硫酸铜溶液发生反应。那么，问题来了，为什么它还会溶解呢？
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现在我们来看看电解硫酸铜溶液。这是一个电化学过程，需要直流电源。当我们将两个电极（在这里，一个是2B铅笔，另一个可能是铜片或者其他惰性电极，不过通常为了演示效果，会用一个作为阳极，一个作为阴极）插入硫酸铜溶液中，并接通电源，就会发生一系列的变化：
1. 离子化： 硫酸铜（CuSO₄）在水中会电离成铜离子（Cu²⁺）和硫酸根离子（SO₄²⁻）。
CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄²⁻
2. 电极反应： 直流电源的作用是推动电子的定向移动，从而在电极上引发化学反应。
阴极（负极）： 阴极吸引带正电的离子。在这里，阴极会吸引Cu²⁺。Cu²⁺从溶液中获得电子，被还原成金属铜，然后沉积在阴极上。
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (s)
（这就是我们在另一个电极上看到的铜沉积现象）
阳极（正极）： 阳极是电子的来源（电子从电源流出到阳极），它会吸引带负电的离子，或者自身发生氧化反应。
铅笔头（石墨）作为阳极时的“溶解”
现在，我们把重点放在用2B铅笔作为阳极（接电源正极）的情况。
当石墨（碳）作为阳极时，它会与溶液中的一些物质发生反应。在电解硫酸铜溶液的体系中，阳极会发生氧化反应。虽然水（H₂O）在理论上可以被氧化成氧气（O₂），但在这里，石墨作为阳极，其本身会发生氧化。
更准确地说，当石墨作为阳极时，它会提供电子给电源（即被氧化）。然而，我们看到的“溶解”并不是指石墨本身在溶液中变成离子。而是因为在阳极氧化过程中，石墨中的碳原子会与溶液中的氧原子结合，形成可溶性的产物，例如二氧化碳（CO₂）或者碳酸根离子（CO₃²⁻）等，这些产物会进入溶液，使得铅笔头看起来“变小”或“溶解”了。
这个过程可以简化理解为：
C (s) + O₂ (g) → CO₂ (g) （如果溶液中有溶解氧，或者水被氧化产生的氧参与反应）
或者更直接地，在阳极电场作用下，石墨中的碳原子失去电子，并与来自水分子或硫酸根离子的氧原子结合：
C (s) → CO₂ + 4e⁻ （这是一种简化的表示，实际过程可能更复杂，涉及生成多种含碳氧化物）
为什么是2B铅笔？
2B铅笔的“溶解”比硬度更高的铅笔（如4H）更明显，原因有几个：
高石墨含量： 2B铅笔含有更多的石墨，这意味着有更多的碳原子参与到阳极氧化反应中。
较少的黏土： 黏土起到了“骨架”作用，黏土比例越高，笔芯越不易碎，也越不容易在电化学反应中“散架”。2B铅笔的黏土比例低，石墨颗粒结合相对松散，更容易在氧化过程中被“剥离”或转化。
反应速率： 尽管石墨是相对稳定的，但在阳极电位足够高时，它会被氧化。2B铅笔的结构使得这种氧化反应更容易在电极表面展开，产生可见的“消耗”效果。
总结一下：
你看到的2B铅笔溶解，并非是铅笔芯中的“铅”在化学意义上的溶解（因为铅笔芯基本没有金属铅），而是石墨（碳）作为阳极，在电解过程中被氧化，与氧原子结合生成可溶性的二氧化碳等气体或离子，这些产物逸散到溶液中，导致铅笔头逐渐消耗。 2B铅笔因为石墨含量高、黏土少，所以这种“溶解”现象会比较明显。
所以，下次你看到铅笔头在电解硫酸铜溶液中“融化”，其实是在见证一场碳在电流驱动下的氧化反应。
网友意见
因为阳极上有氧气析出。
电解硫酸铜溶液，中学化学阶段一般认为反应是：
2CuSO4 + 2H2O = 2Cu↓ + O2↑ + 2H2SO4
Cu在阴极析出，O2在阳极逸出，实验时，阴极用石墨（碳棒）作为电极材料即可，但如果阳极也使用石墨作为电极材料，会受到强烈腐蚀。
中学化学中谈到的惰性电极往往就是Pt或者石墨（碳棒），Pt在大多数情况下都是惰性电极，但碳棒并非如此，如果Cl2在碳棒上析出，碳棒可看作惰性电极，但如果有O2在碳棒上析出，碳棒会受到强烈腐蚀，这时碳棒（石墨电极）就不能看作惰性电极了。
可以作一粗略理解：Cl2、O2等气体在电极上析出，首先是电解液中Cl-、OH-等离子放电，得到原子氯或者原子氧，再两两结合成Cl2或者O2气体。刚刚还原得到的原子氯或者原子氧（即初生态氧）有极强的反应活性，活性远高于Cl2或者O2气体。特别是原子氧或者初生态氧，会强烈腐蚀石墨生成CO2，加之很多石墨电极都是人造石墨（干电池中的碳棒就是），这种人造石墨内部并非完全致密的晶体结构，存在很多空隙，原子氧更容易对空隙处造成腐蚀，最终就会造成石墨电极表面腐蚀粉化，大量碳渣进入电解液沉淀。
石墨能在一定程度上耐Cl2的腐蚀，因此氯碱工业阳极可以用石墨电极，但在阳极析出氧气或者生成某些强氧化性物质（例如过硫酸根离子、高氯酸根离子等）的情况下，石墨会受到强烈腐蚀，此时阳极材料不能选用石墨。
实际上，电解CuSO4溶液制备稀H2SO4是不现实的，除了阳极材料难于选择之外，H2SO4在电解液中生成后，还可能发生副反应，即使用Pt作为阳极材料，这种副反应也难以避免，可参见笔者的一篇专栏文章和一个回答：
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