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1、P. 1 / 56P. 2 / 56P. 3 / 56圖 21.1 電解池21.121.1電解電解：利用電能引發化學反應利用電能引發化學反應P. 4 / 56電解電解是利用電流通入熔融狀態或溶於水的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。質時產生的化學反應。電解質電解質是在熔融狀態或溶於水時能導電，並且是在熔融狀態或溶於水時能導電，並且被電能分解的物質。被電能分解的物質。電極電極是電流進出電解質時流經的導電體。是電流進出電解質時流經的導電體。21.121.1電解電解：利用電能引發化學反應利用電能引發化學反應電解池電解池是一種裝置。在這裝置內會發生電解。是一種裝置。在這裝置內
2、會發生電解。P. 5 / 56陽極陽極是發生氧化作用的地方，它連接於直流電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。源的正端鈕。電子從陽極流向直流電源。陰極陰極是發生還原作用的地方，它連接於直流電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。源的負端鈕。電子從直流電源流向陰極。陽離子陽離子是帶正電荷的離子，被陰極吸引。是帶正電荷的離子，被陰極吸引。陰離子陰離子是帶負電荷的離子，被陽極吸引。是帶負電荷的離子，被陽極吸引。21.121.1電解電解：利用電能引發化學反應利用電能引發化學反應P. 6 / 56圖 21.2 化學電池和電解池的比較2
3、1.221.2簡單化學電池與電解池的比較簡單化學電池與電解池的比較P. 7 / 56表 21.1 化學電池與電解池的比較化學電池化學電池電解池電解池在電極上發生在電極上發生的反應的反應功能功能電子流動方向電子流動方向氧化作用在陽極上發生；氧化作用在陽極上發生；還原作用在陰極上發生還原作用在陰極上發生氧化作用在負電極上發氧化作用在負電極上發生；還原作用在正電極生；還原作用在正電極上發生上發生利用化學反應產生電能的利用化學反應產生電能的裝置裝置利用電能引發化學反應利用電能引發化學反應的裝置的裝置由負電極經外電路流至由負電極經外電路流至正電極正電極由化學電池的負電極流由化學電池的負電極流至電解池的陰
4、極，再流至電解池的陰極，再流至化學電池的正電極至化學電池的正電極21.221.2簡單化學電池與電解池的比較簡單化學電池與電解池的比較P. 8 / 5621.321.3電解熔融氯化鈉電解熔融氯化鈉（用碳電極用碳電極）固體氯化鈉不會導電。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。電流通入熔融氯化鈉時，就會產生化學變化。v氯離子被吸引至陽極，並發生氧化作用。氯離子被吸引至陽極，並發生氧化作用。v鈉離子被吸引至陰極，並發生還原作用。鈉離子被吸引至陰極，並發生還原作用。P. 9 / 56在陽極上產生的反應：在陽極上產生的反應：2Cl(l) Cl2(g) + 2e氧化作用氧化作用Na+(
5、l) + e Na(l)還原作用還原作用在陰極上產生的反應：在陰極上產生的反應：21.321.3電解熔融氯化鈉電解熔融氯化鈉（用碳電極用碳電極）P. 10 / 56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21.321.3電解熔融氯化鈉電解熔融氯化鈉（用碳電極用碳電極）P. 11 / 56v電離作用是指原子或分子產生離子的過程。電離作用是指原子或分子產生離子的過程。水的電離作用水的電離作用v水可輕微電離，產生氫離子和氫氧離子。水可輕微電離，產生氫離子和氫氧離子。 H2O(l) H+(aq) + OH(aq)21.421.4關於電解質水
6、溶液的一些知識關於電解質水溶液的一些知識P. 12 / 56酸在水中的電離作用酸在水中的電離作用v酸是共價化合物。酸是共價化合物。v但溶於水時，酸的分子亦會電離。但溶於水時，酸的分子亦會電離。21.421.4關於電解質水溶液的一些知識關於電解質水溶液的一些知識P. 13 / 56v例如：例如：氯化氫氯化氫分子分子HCl(g) + 水水H+(aq) + Cl(aq)可自由游動的離子可自由游動的離子電離作用電離作用硫酸分子硫酸分子H2SO4(l) + 水水2H+(aq) + SO42(aq)可自由游動的離子可自由游動的離子電離作用電離作用酸在水中的電離作用酸在水中的電離作用21.421.4關於電解
7、質水溶液的一些知識關於電解質水溶液的一些知識P. 14 / 56v電解質溶於水時，會產生可自由游動的離子。電解質溶於水時，會產生可自由游動的離子。溶於水的電解質溶於水的電解質v例如：例如：NaCl(s) + 水水Na+(aq) + Cl(aq)可自由游動的離子可自由游動的離子NaOH(s) + 水水Na+(aq) + OH(aq)可自由游動的離子可自由游動的離子21.421.4關於電解質水溶液的一些知識關於電解質水溶液的一些知識P. 15 / 56電解酸化水（用鉑電極）電解酸化水（用鉑電極）圖 21.5用霍夫曼電量計電解酸化水21.521.5電解離子化合物的水溶液電解離子化合物的水溶液P. 1
8、6 / 56v在陰極上產生的反應：在陰極上產生的反應：v在陽極上產生的反應：在陽極上產生的反應：2H+(aq) + 2e H2(g)4OH(aq) O2(g) + 2H2O(l) + 4ev整體反應：整體反應：2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)電解酸化水（用鉑電極）電解酸化水（用鉑電極）21.521.5電解離子化合物的水溶液電解離子化合物的水溶液P. 17 / 56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，生成氫氣電解酸化水（用鉑電極）電解酸化水（用鉑電極）21.521.5電解離子化合物的水溶液電解離子化合物的水溶液P. 18 / 56電解
9、酸化水（用鉑電極）電解酸化水（用鉑電極）v溶液的變化溶液的變化電解池內的水分子不斷被消耗。電解池內的水分子不斷被消耗。硫酸的濃度會逐漸增加。硫酸的濃度會逐漸增加。21.521.5電解離子化合物的水溶液電解離子化合物的水溶液P. 19 / 56電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極）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21.521.5電解離子化合物的水溶液電解離子化合物的水溶液P. 20 / 56v在陰極上產生的反應：在陰極上產生的反應：v在陽極上產生的反應：在陽極上產生的反應：2H+(aq) + 2e H2(g)4OH(aq) O2(g) + 2H2O(l) + 4ev整
10、體反應整體反應2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極）電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極）21.521.5電解離子化合物的水溶液電解離子化合物的水溶液P. 21 / 56圖 21.8b 在陰極上，氫離子優先放電，生成氫氣圖 21.8a 在陽極上，氫氧離子優先放電，生成氧氣電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極）電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極）21.521.5電解離子化合物的水溶液電解離子化合物的水溶液P. 22 / 56v溶液的變化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
11、氫離，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。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，令該處的溶液呈的氫氧離子，會在陰極周圍積聚，令該處的溶液呈鹼性。鹼性。電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極）電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極）21.521.5電解離子化合物的水溶液電解離子化合物的水溶液P. 23 / 56如果把數滴通用指示劑加入氯化鈉溶液中，陽極周如
12、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。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。化鈉溶液的濃度會逐漸增加。電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極）電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極）v溶液的變化溶液的變化21.521.5電解離子化合物的水溶液電解離子化合物的水溶液P. 24 / 56離子在電化序中的位置離子在電化序中的位置溶液中離子的濃度溶液中離子的濃度電極的性質電極的性質21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 25 /
13、56離子在電化序中的位置離子在電化序中的位置v陽離子的放電次序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。們是較強的氧化劑。21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 26 / 56圖 21.9 陽離子的放電次序離子在電化序中的位置離子在電化序中的位置21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 27 / 56離子在電化序中的位置離子在電化序中的位置v陰離子的放電次序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，因為它在電化序中位置愈高的陰離子愈容易放電，因為它們是較
14、強的還原劑。們是較強的還原劑。21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 28 / 56圖 21.10 陰離子的放電次序離子在電化序中的位置離子在電化序中的位置21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 29 / 56v在稀或濃氯化鈉溶液中有四種離子：在稀或濃氯化鈉溶液中有四種離子：溶液中離子的濃度的影響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）電解稀或濃氯化鈉溶液（用碳電極）陽離子陽離子陰離子陰離子來自氯化鈉來自氯化鈉來自水來自水Na+(aq)H+(aq)Cl(aq)OH(aq)21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因
15、素P. 30 / 56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）圖 21.11 電解稀或濃氯化鈉溶液21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 31 / 56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）21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 32 / 56v在陽極上產生的反應：在陽極上產生的反應：v在陰極上產生的反應：在陰極上產生的反應：2Cl(aq) Cl2(g) + 2e2H+(aq) + 2e H
16、2(g)v整體反應：整體反應：2H+(aq) + 2Cl(aq) H2(g) + Cl2(g)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）21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 33 / 56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）v溶液的變化：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。的溶液呈鹼性。在陽極生成的氯氣會溶於溶液中，令該處的溶液呈在陽極生成的氯氣會溶於溶
17、液中，令該處的溶液呈酸性。酸性。21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 34 / 56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）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）v溶液的變化：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。為氫氧化鈉溶液。21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 35 / 56電極的性質電極的性質v前述各例所用的電極都是惰
18、性電極，例如碳和鉑。前述各例所用的電極都是惰性電極，例如碳和鉑。v這些物質不會與電解質或電解過程的生成物產生反這些物質不會與電解質或電解過程的生成物產生反應。應。v如果採用其他物質作電極，就有可能影響離子的放如果採用其他物質作電極，就有可能影響離子的放電次序。電次序。21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 36 / 56電解稀硫酸銅電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用碳電極）溶液（用碳電極）圖 21.13 用碳電極電解稀硫酸銅 (II) 溶液電極的性質電極的性質21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 37 / 56v在陽極上產生的反應：在陽極上產
19、生的反應：v在陰極上產生的反應：在陰極上產生的反應：4OH(aq) O2(g) + 2H2O(l) + 4eCu2+(aq) + 2e Cu(s)v整體反應：整體反應：2Cu2+(aq) + 4OH(aq) 2Cu(s) + O2(g) + 2H2O(l)電解稀硫酸銅電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用碳電極）溶液（用碳電極）21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 38 / 56電解稀硫酸銅電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用碳電極）溶液（用碳電極）v溶液的變化：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
20、離子會在陽極周圍積聚，令該處的氧離子，所以氫離子會在陽極周圍積聚，令該處的溶液呈酸性。由於溶液中銅溶液呈酸性。由於溶液中銅 (II) 離子的濃度漸降，離子的濃度漸降，所以溶液的藍色會逐漸消褪。所以溶液的藍色會逐漸消褪。在電解過程中，銅在電解過程中，銅 (II) 離子和氫氧離子不斷被消耗，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。終會變為硫酸。21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 39 / 56圖 21.15 用銅電極電解稀硫酸銅 (II) 溶液電解稀硫酸銅電解稀硫酸銅 (II)
21、溶液（用銅電極）溶液（用銅電極）21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 40 / 56v在陽極上產生的反應：在陽極上產生的反應：v在陰極上產生的反應：在陰極上產生的反應：Cu(s) Cu2+(aq) + 2eCu2+(aq) + 2e Cu(s)v整體反應：整體反應：Cu(s) Cu(s)（陽極）陽極） （陰極）陰極）電解稀硫酸銅電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用銅電極）溶液（用銅電極）21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 41 / 56電解稀硫酸銅電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用銅電極）溶液（用銅電極）v溶液的變化：溶液的變化：整個電解過程
22、的最終結果是銅由陽極轉移至陰極，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。陽極會逐漸變薄，陰極則逐漸變厚，而且速率相同。陰極增加的質量陰極增加的質量 = 陽極減少的質量陽極減少的質量溶液中硫酸銅溶液中硫酸銅 (II) 的濃度維持不變，因此溶液的顏的濃度維持不變，因此溶液的顏色（藍色）亦不變。色（藍色）亦不變。21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 42 / 56電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極）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21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因
23、素P. 43 / 56v在陽極上產生的反應在陽極上產生的反應2Cl(aq) Cl2(g) + 2ev在陰極上產生的反應在陰極上產生的反應Na+(aq) + e + Hg(l) Na/Hg(l)鈉汞齊鈉汞齊電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極）電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極）21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 44 / 562Na/Hg(l) + 2H2O(l) 2NaOH(aq) + H2(g) + 2Hg(l)生成的鈉汞齊與水接觸時，合金中的鈉會與水反應，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。生成氫氧化鈉和氫。電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極）電解濃氯化鈉
24、溶液（用汞陰極）21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 45 / 56v整體反應整體反應2Na+(aq) + 2Cl(aq) + 2Hg(l) 2Na/Hg(l) + Cl2(g)v溶液的變化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。化鈉溶液的濃度會逐漸下降。電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極）電解濃氯化鈉溶液（用汞陰極）21.621.6影響水溶液的電解的因素影響水溶液的電解的因素P. 46 / 56v提取活潑金屬提取活潑金屬電解在工業上的用途甚廣，包括：電解在工業上的用途甚廣，包括：v鋁的
25、陽極電鍍鋁的陽極電鍍v銅的精煉銅的精煉v製造氯、氫和氫氧化鈉製造氯、氫和氫氧化鈉v電鍍電鍍21.721.7電解在工業上的應用電解在工業上的應用P. 47 / 56銅的精煉銅的精煉圖 21.18 銅的精煉21.721.7電解在工業上的應用電解在工業上的應用P. 48 / 56銅的精煉銅的精煉v在陽極上產生的反應在陽極上產生的反應Zn(s) Zn2+(aq) + 2eFe(s) Fe2+(aq) + 2eCu(s) Cu2+(aq) + 2e21.721.7電解在工業上的應用電解在工業上的應用P. 49 / 56銅的精煉銅的精煉v在陰極上產生的反應在陰極上產生的反應v整體反應整體反應Cu(s) C
26、u(s)（陽極）（陽極）（陰極）（陰極）Cu2+(aq) + 2e Cu(s)21.721.7電解在工業上的應用電解在工業上的應用P. 50 / 56v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是用電解方法把一層薄金屬覆蓋在一件物品表面的過程。的過程。電鍍電鍍v在電鍍過程中，把清潔後的待鍍物品作為陰極。在電鍍過程中，把清潔後的待鍍物品作為陰極。v擬鍍金屬作為陽極。擬鍍金屬作為陽極。v以含有擬鍍金屬的化合物的溶液作為電解質。電鍍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。令擬鍍金屬逐漸轉移至待鍍物品上。21.721.7電解在工業上的應用電解在工業上的應用P
27、. 51 / 56電鍍電鍍圖 21.20 電鍍裝置21.721.7電解在工業上的應用電解在工業上的應用P. 52 / 56v一個常見把銅鍍在物品上的裝置。一個常見把銅鍍在物品上的裝置。圖 21.22 把銅鍍在物品上電鍍電鍍21.721.7電解在工業上的應用電解在工業上的應用P. 53 / 56在陽極上產生的反應：在陽極上產生的反應：Cu(s) Cu2+(aq) + 2e在陰極上產生的反應：在陰極上產生的反應：Cu2+(aq) + 2e Cu(s) 21.721.7電解在工業上的應用電解在工業上的應用P. 54 / 56電鍍工廠產生的污染物包括：電鍍工廠產生的污染物包括：v酸和鹼；和酸和鹼；和v
28、重金屬的化合物。重金屬的化合物。酸和鹼會改變水的酸和鹼會改變水的 pH 值，影響水中的生態。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重金屬如鎳、鉻和汞的離子易被貝殼類生物和植物吸收。吸收。人類吃了這些東西後便會中毒。人類吃了這些東西後便會中毒。21.821.8電鍍工業所引致的污染問題電鍍工業所引致的污染問題P. 55 / 56減少污水的量減少污水的量回收有用的物質回收有用的物質排放污水前的處理方法排放污水前的處理方法v控制污水的控制污水的 pH 值值v對重金屬化合物的處理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。離子反應，形成不溶於水的金屬氫氧化物。21.921.9控制由電鍍工業引致的污染的方法控制由電鍍工業引致的污染的方法P. 56 / 56排放污水前的處理方法排放污水前的處理方法v鉻廢料的處理鉻廢料的處理鍍鉻電鍍液中含有鉻鍍鉻電鍍液中含有鉻 (VI) 化合物。化合物。通常先用亞硫酸鈉把鉻通常先用亞硫酸鈉把鉻 (VI) 化合物還原為鉻化合物還原為鉻 (III) 化合化合物。物。然後再加入氫氧化鈉溶液，生成固體氫氧化鉻然後再加入氫氧化鈉溶液，生成固體氫氧化鉻 (III)。21.921.9控制由電鍍工業引致的污染的方法控制由電鍍工業引致的污染的方法
