Transcript P. 1 / 56 P. 2 / 56 21.1 電解：利用電能引發化學反應 圖 21.1 電解池 P. 3 / 56 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。 P.

P. 1 / 56
P. 2 / 56
21.1
電解：利用電能引發化學反應
圖 21.1 電解池
P. 3 / 56
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。
P. 4 / 56
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。
P. 5 / 56
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
P. 6 / 56
21.2
簡單化學電池與電解池的比較
化學電池
電解池
功能
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
電子流動方向
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
在電極上發生
的反應
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
P. 7 / 56
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。
P. 8 / 56
21.3
電解熔融氯化鈉（用碳電極）
 在陽極上產生的反應：
2Cl–(l)
Cl2(g) + 2e–
氧化作用
 在陰極上產生的反應：
Na+(l) + e–
Na(l)
還原作用
P. 9 / 56
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
P. 10 / 56
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。
H2O(l)
H+(aq) + OH–(aq)
P. 11 / 56
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。
P. 12 / 56
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：
HCl(g) + 水
電離作用
氯化氫
分子
H2SO4(l) + 水
H+(aq) + Cl–(aq)
可自由游動的離子
電離作用
2H+(aq) + SO42–(aq)
硫酸分子
可自由游動的離子
P. 13 / 56
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：
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
P. 14 / 56
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
P. 15 / 56
21.5
電解離子化合物的水溶液
 電解酸化水（用鉑電極）
 在陽極上產生的反應：
4OH–(aq)
O2(g) + 2H2O(l) + 4e–
 在陰極上產生的反應：
2H+(aq) + 2e–
H2(g)
 整體反應：
2H2O(l)
2H2(g) + O2(g)
P. 16 / 56
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
P. 17 / 56
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。
P. 18 / 56
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
P. 19 / 56
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）
 在陽極上產生的反應：
4OH–(aq)
O2(g) + 2H2O(l) + 4e–
 在陰極上產生的反應：
2H+(aq) + 2e–
H2(g)
 整體反應
2H2O(l)
2H2(g) + O2(g)
P. 20 / 56
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
圖 21.8b
在陽極上，氫氧離子優先放電， 在陰極上，氫離子優先放電，
生成氧氣
生成氫氣
P. 21 / 56
電解離子化合物的水溶液
21.5
 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。
P. 22 / 56
電解離子化合物的水溶液
21.5
 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。
P. 23 / 56
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
P. 24 / 56
影響水溶液的電解的因素
21.6
 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。
P. 25 / 56
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
P. 26 / 56
影響水溶液的電解的因素
21.6
 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。
P. 27 / 56
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
P. 28 / 56
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：
陽離子
陰離子
來自氯化鈉
Na+(aq)
Cl–(aq)
來自水
H+(aq)
OH–(aq)
P. 29 / 56
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
P. 30 / 56
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
P. 31 / 56
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：
2Cl–(aq)
Cl2(g) + 2e–
 在陰極上產生的反應：
2H+(aq) + 2e–
H2(g)
 整體反應：
2H+(aq) + 2Cl–(aq)
H2(g) + Cl2(g)
P. 32 / 56
影響水溶液的電解的因素
21.6
 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。
P. 33 / 56
影響水溶液的電解的因素
21.6
 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。
P. 34 / 56
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。
P. 35 / 56
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
P. 36 / 56
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：
4OH–(aq)
O2(g) + 2H2O(l) + 4e–
 在陰極上產生的反應：
Cu2+(aq) + 2e–
Cu(s)
 整體反應：
2Cu2+(aq) + 4OH–(aq)
2Cu(s) + O2(g) + 2H2O(l)
P. 37 / 56
影響水溶液的電解的因素
21.6
 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。
P. 38 / 56
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
P. 39 / 56
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：
Cu(s)
Cu2+(aq) + 2e–
 在陰極上產生的反應：
Cu2+(aq) + 2e–
Cu(s)
 整體反應：
Cu(s)
Cu(s)
（陽極）
（陰極）
P. 40 / 56
影響水溶液的電解的因素
21.6
 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。
P. 41 / 56
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
P. 42 / 56
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
2Cl–(aq)
Cl2(g) + 2e–
 在陰極上產生的反應
Na+(aq) + e– + Hg(l)
Na/Hg(l)
鈉汞齊
P. 43 / 56
影響水溶液的電解的因素
21.6
 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。
2Na/Hg(l) + 2H2O(l)
2NaOH(aq) + H2(g) + 2Hg(l)
P. 44 / 56
影響水溶液的電解的因素
21.6
 電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極）
 整體反應
2Na+(aq) + 2Cl–(aq) + 2Hg(l)
2Na/Hg(l) + Cl2(g)
 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。
P. 45 / 56
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
P. 46 / 56
21.7
電解在工業上的應用
 銅的精煉
圖 21.18 銅的精煉
P. 47 / 56
21.7
電解在工業上的應用
 銅的精煉
 在陽極上產生的反應
Zn(s)
Zn2+(aq) + 2e–
Fe(s)
Fe2+(aq) + 2e–
Cu(s)
Cu2+(aq) + 2e–
P. 48 / 56
21.7
電解在工業上的應用
 銅的精煉
 在陰極上產生的反應
Cu2+(aq) + 2e–
Cu(s)
 整體反應
Cu(s)
Cu(s)
（陽極）
（陰極）
P. 49 / 56
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。
P. 50 / 56
21.7
電解在工業上的應用
 電鍍
圖 21.20 電鍍裝置
P. 51 / 56
21.7
電解在工業上的應用
 電鍍
 一個常見把銅鍍在物品上的裝置。
圖 21.22 把銅鍍在物品上
P. 52 / 56
21.7
電解在工業上的應用
 在陽極上產生的反應：
Cu(s)
Cu2+(aq) + 2e–
 在陰極上產生的反應：
Cu2+(aq) + 2e–
Cu(s)
P. 53 / 56
21.8
電鍍工業所引致的污染問題
 電鍍工廠產生的污染物包括：
 酸和鹼；和
 重金屬的化合物。

酸和鹼會改變水的 pH 值，影響水中的生態。

重金屬如鎳、鉻和汞的離子易被貝殼類生物和植物
吸收。

人類吃了這些東西後便會中毒。
P. 54 / 56
21.9
控制由電鍍工業引致的污染的方法
 減少污水的量
 回收有用的物質
 排放污水前的處理方法
 控制污水的 pH 值
 對重金屬化合物的處理

可把氫氧化鈉溶液加入污水中，氫氧化鈉會與重金屬
離子反應，形成不溶於水的金屬氫氧化物。
P. 55 / 56
21.9
控制由電鍍工業引致的污染的方法
 排放污水前的處理方法
 鉻廢料的處理

鍍鉻電鍍液中含有鉻 (VI) 化合物。

通常先用亞硫酸鈉把鉻 (VI) 化合物還原為鉻 (III) 化合
物。

然後再加入氫氧化鈉溶液，生成固體氫氧化鉻 (III)。
P. 56 / 56