21.1 電解：利用電能引發化學反應

3. 21.1 電解：利用電能引發化學反應 圖 21.1 電解池

4. 21.1 電解：利用電能引發化學反應 • 電解是利用電流通入熔融狀態或溶於水的電解質時產生的化學反應。 • 電解池是一種裝置。在這裝置內會發生電解。 • 電解質是在熔融狀態或溶於水時能導電，並且被電能分解的物質。 • 電極是電流進出電解質時流經的導電體。

5. 21.1 電解：利用電能引發化學反應 • 陽極是發生氧化作用的地方，它連接於直流電源的正端鈕。電子從陽極流向直流電源。 • 陰極是發生還原作用的地方，它連接於直流電源的負端鈕。電子從直流電源流向陰極。 • 陰離子是帶負電荷的離子，被陽極吸引。 • 陽離子是帶正電荷的離子，被陰極吸引。

6. 21.2 簡單化學電池與電解池的比較 圖 21.2 化學電池和電解池的比較

7. 化學電池 電解池 功能 電子流動方向 在電極上發生的反應 21.2 簡單化學電池與電解池的比較 利用化學反應產生電能的裝置 利用電能引發化學反應的裝置 由負電極經外電路流至正電極 由化學電池的負電極流至電解池的陰極，再流至化學電池的正電極 氧化作用在負電極上發生；還原作用在正電極上發生 氧化作用在陽極上發生；還原作用在陰極上發生 表 21.1 化學電池與電解池的比較

8. 21.3 電解熔融氯化鈉（用碳電極） • 固體氯化鈉不會導電。 • 電流通入熔融氯化鈉時，就會產生化學變化。 • 氯離子被吸引至陽極，並發生氧化作用。 • 鈉離子被吸引至陰極，並發生還原作用。

9. 氧化作用 2Cl–(l) Cl2(g) + 2e– 還原作用 Na+(l) + e– Na(l) 21.3 電解熔融氯化鈉（用碳電極） • 在陽極上產生的反應： • 在陰極上產生的反應：

10. 21.3 電解熔融氯化鈉（用碳電極） 圖 21.4a 在陽極上，氯離子釋出電子，生成氯氣 圖 21.4b 在陰極上，鈉離子接收電子，生成鈉金屬

11. H2O(l) H+(aq) + OH–(aq) 21.4 關於電解質水溶液的一些知識 • 水的電離作用 • 電離作用是指原子或分子產生離子的過程。 • 水可輕微電離，產生氫離子和氫氧離子。

12. 21.4 關於電解質水溶液的一些知識 • 酸在水中的電離作用 • 酸是共價化合物。 • 但溶於水時，酸的分子亦會電離。

13. 電離作用 HCl(g) + 水 H+(aq) + Cl–(aq) 氯化氫分子 可自由游動的離子 電離作用 H2SO4(l) + 水 2H+(aq) + SO42–(aq) 硫酸分子 可自由游動的離子 21.4 關於電解質水溶液的一些知識 • 酸在水中的電離作用 • 例如：

14. NaCl(s) + 水 Na+(aq) + Cl–(aq) 可自由游動的離子 NaOH(s) + 水 Na+(aq) + OH–(aq) 可自由游動的離子 21.4 關於電解質水溶液的一些知識 • 溶於水的電解質 • 電解質溶於水時，會產生可自由游動的離子。 • 例如：

15. 21.5 電解離子化合物的水溶液 • 電解酸化水（用鉑電極） 圖 21.5 用霍夫曼電量計電解酸化水

16. 2H+(aq) + 2e– H2(g) 4OH–(aq) O2(g) + 2H2O(l) + 4e– 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g) 21.5 電解離子化合物的水溶液 • 電解酸化水（用鉑電極） • 在陰極上產生的反應： • 在陽極上產生的反應： • 整體反應：

17. 21.5 電解離子化合物的水溶液 • 電解酸化水（用鉑電極） 圖 21.6a 在陽極上，氫氧離子被氧化，生成氧氣 圖 21.6b 在陰極上，氫離子被還原，生成氫氣

18. 21.5 電解離子化合物的水溶液 • 電解酸化水（用鉑電極） • 溶液的變化 • 電解池內的水分子不斷被消耗。 • 硫酸的濃度會逐漸增加。

19. 21.5 電解離子化合物的水溶液 • 電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極） 圖 21.7 電解極稀的氯化鈉溶液

20. 2H+(aq) + 2e– H2(g) 4OH–(aq) O2(g) + 2H2O(l) + 4e– 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g) 21.5 電解離子化合物的水溶液 • 電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極） • 在陰極上產生的反應： • 在陽極上產生的反應： • 整體反應

21. 21.5 電解離子化合物的水溶液 • 電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極） 圖 21.8a 在陽極上，氫氧離子優先放電，生成氧氣 圖 21.8b 在陰極上，氫離子優先放電，生成氫氣

22. 21.5 電解離子化合物的水溶液 • 電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極） • 溶液的變化 • 由於氫氧離子在陽極放電，周圍的水分子會不斷電離，補充已消耗的氫氧離子。因水電離而產生的氫離子，會在陽極周圍積聚，令該處的溶液呈酸性。 • 與此同時，氫離子在陰極放電，周圍的水分子亦會不斷電離，補充已消耗的氫離子。因水電離而產生的氫氧離子，會在陰極周圍積聚，令該處的溶液呈鹼性。

23. 21.5 電解離子化合物的水溶液 • 電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極） • 溶液的變化 • 如果把數滴通用指示劑加入氯化鈉溶液中，陽極周圍的溶液會呈紅色，陰極周圍的溶液會呈藍色。 • 在電解過程中，電解池內的水分子不斷被消耗，氯化鈉溶液的濃度會逐漸增加。

24. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 離子在電化序中的位置 • 溶液中離子的濃度 • 電極的性質

25. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 離子在電化序中的位置 • 陽離子的放電次序 • 在電化序中位置愈低的陽離子愈容易放電，因為它們是較強的氧化劑。

26. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 離子在電化序中的位置 圖 21.9 陽離子的放電次序

27. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 離子在電化序中的位置 • 陰離子的放電次序 • 在電化序中位置愈高的陰離子愈容易放電，因為它們是較強的還原劑。

28. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 離子在電化序中的位置 圖 21.10 陰離子的放電次序

29. 陽離子 陰離子 來自氯化鈉 來自水 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 溶液中離子的濃度的影響 • 電解稀或濃氯化鈉溶液（用碳電極） • 在稀或濃氯化鈉溶液中有四種離子： Na+(aq) Cl–(aq) H+(aq) OH–(aq)

30. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解稀或濃氯化鈉溶液（用碳電極） 圖 21.11 電解稀或濃氯化鈉溶液

31. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解稀或濃氯化鈉溶液（用碳電極） 圖 21.12a 在陽極上，氯離子優先放電，生成氯氣 圖 21.12b 在陰極上，氫離子優先放電，生成氫氣

32. 2Cl–(aq) Cl2(g) + 2e– 2H+(aq) + 2e– H2(g) 2H+(aq) + 2Cl–(aq) H2(g) + Cl2(g) 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解稀或濃氯化鈉溶液（用碳電極） • 在陽極上產生的反應： • 在陰極上產生的反應： • 整體反應：

33. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解稀或濃氯化鈉溶液（用碳電極） • 溶液的變化： • 由於陰極周圍的水分子不斷電離，補充在陰極放電的氫離子，所以氫氧離子在陰極周圍積聚，令該處的溶液呈鹼性。 • 在陽極生成的氯氣會溶於溶液中，令該處的溶液呈酸性。

34. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解稀或濃氯化鈉溶液（用碳電極） • 電解稀或濃氯化鈉溶液（用碳電極） • 溶液的變化： • 在電解過程中，氫離子和氯離子不斷被消耗，而鈉離子和氫氧離子卻留在溶液中，所以溶液最終會變為氫氧化鈉溶液。

35. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電極的性質 • 前述各例所用的電極都是惰性電極，例如碳和鉑。 • 這些物質不會與電解質或電解過程的生成物產生反應。 • 如果採用其他物質作電極，就有可能影響離子的放電次序。

36. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電極的性質 • 電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用碳電極） 圖 21.13 用碳電極電解稀硫酸銅 (II) 溶液

37. 4OH–(aq) O2(g) + 2H2O(l) + 4e– Cu2+(aq) + 2e– Cu(s) 2Cu2+(aq) + 4OH–(aq) 2Cu(s) + O2(g) + 2H2O(l) 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用碳電極） • 在陽極上產生的反應： • 在陰極上產生的反應： • 整體反應：

38. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用碳電極） • 溶液的變化： • 陽極周圍的水分子不斷電離，補充在陽極放電的氫氧離子，所以氫離子會在陽極周圍積聚，令該處的溶液呈酸性。由於溶液中銅 (II) 離子的濃度漸降，所以溶液的藍色會逐漸消褪。 • 在電解過程中，銅 (II) 離子和氫氧離子不斷被消耗， 但氫離子和硫酸根離子卻留在溶液中，所以溶液最終會變為硫酸。

39. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用銅電極） 圖 21.15 用銅電極電解稀硫酸銅 (II) 溶液

40. Cu(s) Cu2+(aq) + 2e– Cu2+(aq) + 2e– Cu(s) Cu(s) Cu(s) 　（陽極） （陰極）　 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用銅電極） • 在陽極上產生的反應： • 在陰極上產生的反應： • 整體反應：

41. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用銅電極） • 溶液的變化： • 整個電解過程的最終結果是銅由陽極轉移至陰極，陽極會逐漸變薄，陰極則逐漸變厚，而且速率相同。 • 陰極增加的質量 = 陽極減少的質量 • 溶液中硫酸銅 (II) 的濃度維持不變，因此溶液的顏色（藍色）亦不變。

42. 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極） 圖 21.17 用碳陽極和汞陰極電解濃氯化鈉溶液

43. 2Cl–(aq) Cl2(g) + 2e– Na+(aq) + e– + Hg(l) Na/Hg(l) 鈉汞齊 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極） • 在陽極上產生的反應 • 在陰極上產生的反應

44. 2Na/Hg(l) + 2H2O(l) 2NaOH(aq) + H2(g) + 2Hg(l) 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極） • 生成的鈉汞齊與水接觸時，合金中的鈉會與水反應，生成氫氧化鈉和氫。

45. 2Na+(aq) + 2Cl–(aq) + 2Hg(l) 2Na/Hg(l) + Cl2(g) 21.6 影響水溶液的電解的因素 • 電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極） • 整體反應 • 溶液的變化 • 在電解過程中，鈉離子和氯離子不斷被消耗，所以氯化鈉溶液的濃度會逐漸下降。

46. 21.7 電解在工業上的應用 • 電解在工業上的用途甚廣，包括： • 提取活潑金屬 • 鋁的陽極電鍍 • 製造氯、氫和氫氧化鈉 • 銅的精煉 • 電鍍

47. 21.7 電解在工業上的應用 • 銅的精煉 圖 21.18 銅的精煉

48. Zn(s) Zn2+(aq) + 2e– Fe(s) Fe2+(aq) + 2e– Cu(s) Cu2+(aq) + 2e– 21.7 電解在工業上的應用 • 銅的精煉 • 在陽極上產生的反應

49. Cu2+(aq) + 2e–Cu(s) Cu(s) Cu(s) （陽極） （陰極） 21.7 電解在工業上的應用 • 銅的精煉 • 在陰極上產生的反應 • 整體反應

50. 21.7 電解在工業上的應用 • 電鍍 • 電鍍是用電解方法把一層薄金屬覆蓋在一件物品表面的過程。 • 在電鍍過程中，把清潔後的待鍍物品作為陰極。 • 擬鍍金屬作為陽極。 • 以含有擬鍍金屬的化合物的溶液作為電解質。電鍍令擬鍍金屬逐漸轉移至待鍍物品上。