電子學/電解
電解涉及電場和電子透過液體的運動。
電解是使用電能分解某些型別物質的過程。可以分解的物質型別是離子物質。這僅僅意味著它們是由帶電離子而不是中性原子構成的。{記住離子只是一個帶正電或負電荷的原子}。常見的食鹽氯化鈉就是一個離子物質的例子。鈉原子帶正電，氯原子帶負電。通常寫成 Na+Cl-。
Q1) 在元素週期表中查詢，鈉的符號是 Na 還是 Cl？
正如你可能已經知道的那樣，如果你學習過金屬模組，鹽是由酸和鹼結合形成的任何物質。酸、鹼，因此所有鹽都是離子性的。
Q2) 以下哪種物質可以被電能分解：氯化鈉、硫酸鐵、硝酸銅？
| 檔案:Simple electrolysis setup.png |
| 液態電解質連線 到電池或電源。 電極不能接觸！ |
大多數離子化合物在室溫下不是液體。這是一個問題，因為離子需要能夠移動才能使電流流動。這可以透過熔化來實現。看看右側顯示的電路設定。電極只是連線到電池的兩個碳棒。連線到正極的電極稱為陽極。連線到負極的電極稱為陰極。
例如考慮溴化鉛化合物。這種化合物在室溫下是固體，但在本生燈火焰上可以熔化。所以你需要做的是把一些溴化鉛放入燒杯中。把燒杯放在三腳架上，上面放一個本生燈。熔化溴化鉛，然後插入電極，並將電源設定為 2V。你會看到陽極上形成一層銀色的純鉛塗層，而溴在陰極上形成。電流會持續流動，直到所有的溴化鉛都被轉化為鉛和溴。
Q3) 分解溴化鉛這樣的化合物需要能量。這種能量來自哪裡？
Q4) 預測如果電解質是氯化銅，你將在陽極和陰極上得到什麼產物。
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| 溴原子（藍色） 每個原子（綠色）向陽極釋放 2 個電子。 |
陽極是正極。它吸引帶負電荷的離子，因為異性相吸。溴離子穿過熔體，直到到達陽極。一旦到達那裡，它們就會放棄兩個額外的電子，變成溴原子。
Br2- --> Br + 2e-
電子沿陽極向上流動，到達電池的正極。
陰極是負極。它吸引帶正電荷的離子。金屬離子總是帶正電荷，因此鉛離子穿過熔體，直到到達陰極。一旦到達那裡，它們就會從陰極獲取兩個電子。電子從電池的負極沿陰極向下流動，到達鉛離子。
Pb2+ + 2e- --> Pb
Q5) 固體離子物質不導電，也不能被電能分解。你認為這是為什麼？
在溴化鉛的實驗中，你看到鉛沉積在陰極上。如果你實際進行實驗，你會看到鉛覆蓋了陰極。在本節中，我們將研究在給定時間內有多少金屬會覆蓋陰極。
一位科學家進行了以下實驗。
- 一個銅陰極被仔細清潔並精確稱重。
- 它與一個陽極一起被放置在硫酸銅溶液中。
- 它透過電流表連線到可變電源。
- 電流持續流動一段時間，然後將陰極取出並再次稱重。
他的結果是
| 電流 /A | 時間 /s | 沉積的銅質量 /g |
| 1 | 3000 | 1.0 |
| 2 | 3000 | 2.0 |
| 2 | 1500 | 1.0 |
| 1 | 1500 | 1.0 |
從結果可以看出，沉積的總銅量取決於電流和流動時間。這是因為可以從離子中產生的銅原子數取決於流動的總電荷量。電荷的單位是庫侖。
1 庫侖是 1 安培電流流動 1 秒時的電荷量（參見GCSE 科學/測量電能
Q6) 檢視上面的結果表。當 1A 電流流動 3000 秒時，沉積了多少銅？
Q7) 你預測如果 1A 電流流動 6000 秒，會沉積多少銅？
Q8) 如果 2A 電流流動 12000 秒，會沉積多少銅？
在學習本節之前，請諮詢你的老師，看看你是否需要.
在本模組的前面，你已經瞭解到，離子必須能夠移動才能進行電解。如果離子是固定的{例如在固體中}，它們無法移動，電流將無法流動。我們已經研究瞭如何透過熔化電解質來釋放離子。另一種實現這一點的方法是將電解質溶解在水中。這種方法的問題是，會有不止一種型別的離子存在。
水部分分解成離子{這就是為什麼它是離子化合物的良好溶劑}。它分解成氫離子和氫氧根離子。
H2O --> H+ +OH-
因此在陰極處會存在兩種離子。來自水的金屬離子和氫離子。實際上在陰極處產生哪種元素取決於金屬的活潑性。如果金屬非常活潑，例如鉀或鈉，那麼就會產生氫。如果金屬不活潑，例如銀，那麼就會產生金屬。{我希望你在低年級學習過置換反應}。為了確定哪種離子會獲勝，是金屬還是氫，在金屬活動性順序表中比較它們的活潑性。最活潑的金屬不會在陰極處產生。
在陽極處也會發生類似的情況。氫氧根離子{來自水}通常在陽極處放電，最終產生氧氣。
OH- --> OH + e-
4OH --> 2H2O + O2.
這對大多數物質都是正確的，但如果離子是溴、氯或氟{即鹵素}，那麼就會產生鹵素。{你不太可能需要記住這一點，只需要理解它}
Q9) 氯化鈉溶解在水中並進行電解。解釋你在每個電極處看到的現象。
| 總結 |
| 只有離子物質才能被電解分解 |
| 離子化合物需要被熔化或溶解在水中，以便離子能夠移動 |
| 帶正電的離子被吸引到陰極，在那裡它們從電極獲取電子 |
| 帶負電的離子被吸引到陽極，在那裡它們向電極釋放電子 |