GCSE 科學/電解
[[GCSE 科學/電]]
電解是使用電能分解某些型別物質的過程。可被分解的物質型別是 **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的原子}。氯化鈉（普通食鹽）就是離子物質的一個例子。鈉原子帶正電，氯原子帶負電。通常寫成 Na+Cl-。
Q1) 檢查一下元素週期表，鈉的符號是 Na 還是 Cl？
如你可能已經知道，如果你學習過 金屬 模組，鹽就是任何由酸與鹼結合形成的物質。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 |
| 液體電解質連線到 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讓電流流動。這可以透過熔化來實現。看看右側顯示的電氣裝置。電極只是連線到電池的兩個碳棒。連線到正極的那個叫做 **陽極**。連線到負極的那個叫做 **陰極**。這是由於碰撞造成的
以溴化鉛為例。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，你所要做的就是把一些溴化鉛放到燒杯裡。將燒杯放在三腳架上，放在本生燈火焰上。熔化溴化鉛，然後放入電極，將電源開啟，設定為例如 2V。你會看到陰極上形成銀色的純鉛塗層，而陽極上形成溴。電流會持續流動，直到所有的溴化鉛都變成鉛和溴。
Q3) 分解像溴化鉛這樣的化合物需要能量。這種能量從哪裡來？
Q4) 預測如果電解質是氯化銅，那麼你在陽極和陰極會得到什麼產物。
|
| 溴原子（藍色） 分別放棄 2 個電子 |
陽極是正極；它吸引帶負電的離子，因為異性相吸。溴離子穿過熔體，直到到達陽極。到達那裡後，它們會放棄它們多餘的兩個電子，變成溴原子。
2Br- → Br2 + 2e-
電子沿著陽極向上流動，到達電池的正極。
陰極是負極；它吸引帶正電的離子。金屬離子總是帶正電，所以鉛離子穿過金屬，到達電池的負極，然後到達鉛離子。
一些記住陽離子、陰離子、陰極和陽極的小竅門。
我有一隻貓......我叫她來的時候會說 come here plussy！ - 陰極吸引正離子
ca+ions 中有一個加號，陽離子是正離子
紅貓：陰極發生還原反應
Pb2+ + 2e- → Pb
Q5) 固體離子物質不導電，也不會被電能分解。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。如果你真的做了這個實驗，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。
一位科學家做了以下實驗。
- 一個銅陰極被仔細清潔並精確稱重。
- 它被放置在一個裝有硫酸銅溶液的燒杯中，同時還有一個陽極。
- 它透過一個電流表連線到一個可變電源。
- 讓電流持續一段時間，然後取出陰極，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 | 0.5 |
你可以從結果中看到，沉積的銅總量取決於電流和電流持續的時間。這是因為可以由離子形成的銅原子數量取決於流動的 **電荷** 總量。電荷的單位是庫侖。
1 庫侖是指 1 安培電流流過 1 秒的時間產生的電荷量。
Q6) 看看上面的結果表。當 1A 電流持續 3000 秒時，沉積了多少銅？
Q7) 如果你預測 1A 電流持續 6000 秒會沉積多少銅？
Q8) 如果 2A 電流持續 12000 秒呢？
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，你已經學習到離子必須能夠移動才能使電解起作用。如果離子被固定住 {例如在固體中}，它們就無法移動，電流就不會流動。我們已經研究瞭如何透過熔化電解質來使離子自由移動。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，溶液中會存在不止一種型別的離子。
水會部分分解成離子 {這就是為什麼它可以很好地溶解離子化合物}。它分解成氫離子和氫氧根離子。
H2O → H+ +OH-
所以，在陰極上將存在兩種離子：金屬離子以及來自水的氫離子。實際上，哪種元素會在陰極上析出取決於金屬的活潑性。如果金屬非常活潑，例如鉀或鈉，那麼它就不太可能被放電。因此，氫氣會生成。如果金屬不活潑，例如銀，那麼金屬會生成。為了弄清楚哪種離子“獲勝”，金屬離子還是氫離子，請將它們的活潑性在金屬活動性順序表中進行比較。最活潑的那一個 **不會** 在陰極上析出。
在陽極上也發生類似的情況。氫氧根離子 {來自水} 通常會在陽極上放電，最終產生氧氣。然而，如果鹵素離子（第 7 族）的濃度遠高於氫氧根離子的濃度，那麼鹵素離子就會被放電。硫酸根離子永遠不會被放電。
OH- → OH + e-
4OH → 2H2O + O2。
Q9) 氯化鈉溶解在水中並進行電解。解釋你在每個電極上觀察到的現象。
|
總結
|