На что разлагается вода при электролизе:

[Сергей85]

на H₂ и O₂ сразу или сначала на H⁺ и O^2-?

[Вадим Вергун]

Сразу. Ибо ионы(там сложные ионы типа  Н8О3 2+) сорбираются на электродах и там соответственно отлетает кислород и водород. Инфа о атомарном - лошь, обман и провокация.