21.1 電解：利用電能引發化學反應 圖 21.1 電解池

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。 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。

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。 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。

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

21.2 簡單化學電池與電解池的比較 表 21.1 化學電池與電解池的比較 化學電池 電解池 在電極上發生的反應 功能 電子流動方向 21.2 簡單化學電池與電解池的比較 化學電池 電解池 在電極上發生的反應 功能 電子流動方向 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

電流通入熔融氯化鈉時，就會產生化學變化。 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。

在陽極上產生的反應： 在陰極上產生的反應： 21.3 電解熔融氯化鈉（用碳電極） 氧化作用 還原作用 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

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

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) 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)

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。

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

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： 21.4 關於電解質水溶液的一些知識 NaCl(s) + 水 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

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

4OH–(aq) O2(g) + 2H2O(l) + 4e– 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)

電解酸化水（用鉑電極） 21.5 電解離子化合物的水溶液 圖 21.6a 在陽極上，氫氧離子被氧化，生成氧氣 圖 21.6b 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

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。

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

4OH–(aq) O2(g) + 2H2O(l) + 4e– 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)

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

電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極） 溶液的變化 21.5 電解離子化合物的水溶液 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。

電解極稀的氯化鈉溶液（用碳電極） 溶液的變化 21.5 電解離子化合物的水溶液 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。

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

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。

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

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。

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

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： 21.6 影響水溶液的電解的因素 陽離子 陰離子 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 來自水 Na+(aq) Cl–(aq) H+(aq) OH–(aq)

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

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

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： 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)

電解稀或濃氯化鈉溶液（用碳電極） 溶液的變化： 21.6 影響水溶液的電解的因素 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。

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： 21.6 影響水溶液的電解的因素 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。

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。 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。

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

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： 21.6 影響水溶液的電解的因素 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)

電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用碳電極） 溶液的變化： 21.6 影響水溶液的電解的因素 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。

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

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： 21.6 影響水溶液的電解的因素 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）　

電解稀硫酸銅 (II) 溶液（用銅電極） 溶液的變化： 21.6 影響水溶液的電解的因素 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。

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

Na+(aq) + e– + Hg(l) Na/Hg(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） 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

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。 2Na/Hg(l) + 2H2O(l) 2NaOH(aq) + H2(g) + 2Hg(l)

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 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。

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

21.7 電解在工業上的應用 銅的精煉 圖 21.18 銅的精煉

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

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

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。 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。

21.7 電解在工業上的應用 電鍍 圖 21.20 電鍍裝置

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

在陽極上產生的反應： 在陰極上產生的反應： Cu(s) Cu2+(aq) + 2e– Cu2+(aq) + 2e– Cu(s) 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)

電鍍工廠產生的污染物包括： 酸和鹼；和 重金屬的化合物。 21.8 電鍍工業所引致的污染問題 酸和鹼會改變水的 pH 值，影響水中的生態。 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。

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 21.9 控制由電鍍工業引致的污染的方法 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。

排放污水前的處理方法 鉻廢料的處理 21.9 控制由電鍍工業引致的污染的方法 鍍鉻電鍍液中含有鉻 (VI) 化合物。 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