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Published by艳 荀 Modified 7年之前
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第 十三 章 電解質 13-1 電解質 電解質定義:凡化合物溶於水能導電者 酸:硫酸、鹽酸、硝酸… 鹼:氫氧化鈉、氫氧化鈣… 鹽:氯化鈉、硝酸鉀… 電解質分類:以『導電(解離)程度 』為依據 強電解質:易導電 燈泡很亮 弱電解質:不易導電 燈泡較暗 水溶液分類:『化合物溶於水能否導電 』區分 電解質 能導電者 非電解質:不能導電者 eg. 酒精、蔗糖水溶液
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13-1 電解質 電解質的判斷 水溶液狀態通電(非融熔態) 電極:碳棒(屬於『惰性不溶解性電極』) 槽電極標示:『導線上距電池正負極遠近』判斷 正極 導線上近電池正極的電極稱之 負極 導線上近電池負極的電極稱之 電源:直流電 電極反應 發生化學反應 (氣泡、金屬溶解或析出) Q 小問題 1.電解質一定是化合物?汞是一種電解質? 2.找課文的電解質(分酸、鹼、鹽)與非電解質 ?
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鈉離子有4個,共帶4單位正電 氯離子有4個,共帶4單位負電 +4+(-4)=0 保持溶液電中性
13-1 電解質 解離說:瑞典人阿瑞尼士提出 解釋電解質導電的原因 會解離:電解質分子會解離成陰陽離子 會移動:陰陽離子會自由移動 電中性:電解質仍維持電中性 解離說 會解離成帶電離子 NaCl Na++Cl- Cl- NaCl Na+ Cl- Na+ Cl- Na+ Na+ Cl- 鈉離子有4個,共帶4單位正電 氯離子有4個,共帶4單位負電 +4+(-4)=0 保持溶液電中性
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氫離子有4個,共帶4單位正電 硫酸根離子有2個,共帶4單位負電 +4+(-4)=0 保持溶液電中性
13-1 電解質 解離說 會解離成帶電離子(例二) H2SO4 2H++SO42- 氫離子有4個,共帶4單位正電 硫酸根離子有2個,共帶4單位負電 +4+(-4)=0 保持溶液電中性 H+ SO42- H+ H+ SO42- H+ 解離說 通電後, 離子向定向移動至槽電極 同性相斥,異性相吸 陽離子向負極,陰離子向正極 離子移動形成電流且在電極 發生化學反應 Cl- Na+ Q 小問題 簡單說明導體與電解質導電的原因 ?
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13-1 電解質 解離說 電解質水溶液仍維持電中性
13-1 電解質 解離說 電解質水溶液仍維持電中性 鈉離子有4個,共帶4單位正電 氯離子有4個,共帶4單位負電 +4+(-4)=0 保持溶液電中性 NaCl 氫離子有4個,共帶4單位正電 硫酸根離子有2個,共帶4單位負電 +4+(-4)=0 保持溶液電中性 H2SO4 電中性的意義 電解質中,陰、陽離子所帶有的電量相等 (總電量=總電量,即淨電量=0) 電解質中,陰、陽離子的數目不一定相等 (此關係只在1:1型電解質的解離才符合)
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13-1 電解質 離子的形成 原子間的電子轉移(離子不單獨存在) (中性原子與離子化學性質顯著不同) 陽離子:帶正電(因失電子) A n+ 陰離子:帶負電(因得電子) B n-
失2e 吸引 B0 得3e B3- 化合物分子式 A3B2 二中性原子
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常用陰陽離子表
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13-2 酸與鹼 酸的性質:能解離出氫離子(H +)者 使石蕊試紙呈紅色;使廣用試紙呈紅、橙 或黃色;使酚太呈無色。 多數酸與活性大的金屬反應,產生氫氣 鐵、鎂、鋅(酸能去鏽) 酸與碳酸鈣反應,產生二氧化碳。 酸是電解質 酸有腐蝕性 依解離程度區分為『強酸』、『弱酸』 硫酸(H2SO4)【化學工業之母】 解離式: H2SO4 2H+ + SO (強酸) 溶於水放出熱量(稀釋應是硫酸加入水中) 濃硫酸有強脫水性(稀硫酸無脫水性)
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13-2 酸與鹼 濃硫酸的強脫水性:能將成分中的H、O去除
H2SO4 蔗糖(C12H22O11) 12C(黑色) + 11H2O 鹽酸(HCl) 解離式: HCl H+ + Cl- (強酸) 學名:氯化氫,俗稱:鹽酸 氣態氯化氫易溶於水,比空氣重(分子量36.5) 無色,工業用不純(含鐵離子)呈黃色 Q 小問題 請說明硫酸稀釋的稀釋方法及原因為何 ?
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13-2 酸與鹼 濃硫酸的稀釋圖示 ※ 比熱:水的比熱大於硫酸比熱(0.339 cal/g. ℃),大量的 水可吸收硫酸稀釋放出的熱量。 沸點:反之,若以水加入濃硫酸(沸點300℃以上)中, 混合後溫度會迅速上升,且水的沸點低,會沸騰成水蒸氣 ,將挾帶硫酸逸出。
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13-2 酸與鹼 硝酸(HNO3)【國防工業之母】 1. 解離式: HNO3 H+ + NO3-(強酸) 2
13-2 酸與鹼 硝酸(HNO3)【國防工業之母】 解離式: HNO3 H+ + NO3-(強酸) 無色,但常含少量分解的二氧化氮(NO2) 故呈黃色( NO2氣體,紅棕色有毒氣體) 與大多數金屬作用,且可與銅作用 (鹽酸不與銅作用) 醋酸(CH3COOH) 解離式:CH3COOH H+ + CH3COO-(弱酸) 學名:乙酸,俗稱:醋酸、冰醋酸(純乙酸) 食用醋:含3 5 ﹪乙酸 影響反應速率的因素 溫度 濃度 表面積 催化劑 物質活性
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13-2 酸與鹼 影響反應速率的因素 以『碰撞說』解釋之 溫度:溫度高,速率快 因分子運動快,碰撞機會高 濃度:濃度高,速率快 因分子多且密集,碰撞機會高 表面積(顆粒):表面積大,速率快 因顆粒愈小,表面積愈大,碰撞機會高 催化劑:有催化劑,速率快 物質活性:活性大,速率快 ◎ 反應活性(活性大 小) 鉀鈉鈣鎂鋁碳鋅鐵鉛銅汞銀金 Q 小問題 以上五項因素,各舉些實例說明之 ?
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13-2 酸與鹼 鹼的性質:能解離出氫氧根離子(OH -)者 使石蕊試紙呈藍色;使廣用試紙呈藍或紫 色;使酚太呈紅色。 鹼性水溶液可溶解油脂 鹼能去油;酸能去鏽 鹼性水溶液摸起來有滑膩感 鹼是電解質 鹼有腐蝕性 依解離程度區分為『強鹼』、『弱鹼』 氨(NH3) 解離式: NH3 +H2O NH4+ + OH - (弱鹼) 無色具臭味、比空氣輕(分子量17) 易溶於水,形成氨水,有殺菌作用
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13-2 酸與鹼 石灰(CaO 氧化鈣) 解離式: CaO +H2O Ca(OH)2 (強鹼) Ca(OH)2 Ca2++2OH 石灰水:氫氧化鈣( Ca(OH)2 )水溶液 檳榔加入石灰,傷害口腔 二氧化碳的檢驗反應 石灰水+二氧化碳碳酸鈣+水 Ca(OH)2 +CO2 CaCO3 +H2O 氫氧化鈉(NaOH ) 解離式: NaOH Na++OH- (強鹼) 白色固體,俗稱燒鹼或苛性鈉 溶於水,放熱反應 易吸收水氣及二氧化碳有潮解現象
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13-3 酸鹼的濃度 體積百分濃度 溶質體積占全體體積的比例 酒類之酒精濃度使用此表示法(﹪v/v 或 ﹪vol)
eg.台灣啤酒的酒精度是 4.5﹪vol,表示每100毫升的啤 酒中,含酒精 4.5毫升。 重量百分濃度 溶質重量占全體重量的比例( ﹪) 範例:10克糖加入90克水求濃度 再加水100克水,濃度 ? 範例:20﹪的糖水溶液,其中糖 克,水 克。 範例:10﹪200克的糖水與10﹪100克的糖水混合,濃度? 範例:600毫升的高梁酒的酒精度 58 ﹪vol,換算成重量百分 濃度時,仍為58﹪?換算時需要哪些資料?
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13-3 酸鹼的濃度 容積莫耳濃度(體積莫耳濃度、莫耳濃度) 1.每公升溶液中所含有的溶質莫耳數
13-3 酸鹼的濃度 容積莫耳濃度(體積莫耳濃度、莫耳濃度) 每公升溶液中所含有的溶質莫耳數 2.單位符號:M eg. 5MHCl 水溶液表示:(HCl=36.5) 5M=5 mole/l 每公升溶液含純HCl 5莫耳 每公升溶液含 3 ×1024 個HCl分子 每公升溶液含純HCl 182.5公克
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13-3 酸鹼的濃度 範例 ◎原子量:C=12,H=1,O=16,N=14, Cl=35.5,Na=23,S=32
1.氫氧化鈉40克(NaOH)加水溶成500ml水溶液,莫耳濃度? 2.1公升0.1M的 鹽酸水溶液中,含HCl 莫耳,含HCl 克? 3.如何配置2M的NaCl水溶液?若需配置500ml溶液,如何配置? 4.通入3×1023個氯化氫分子於純水中,此溶液體積為500ml,則 氯化氫莫耳數= ,溶液濃度 M。 5.欲配置0.5M氫氧化鈉溶液250ml,需秤取氫氧化鈉 克。 6.甲杯2M、100ml NaOH與乙杯.0.5M、400ml NaOH混合,求: 甲杯溶質莫耳數= ;乙杯溶質莫耳數= 。 甲杯溶液= 公升;乙杯溶液= 公升。 混合後,溶液中溶質莫耳總數 ,溶液升數 。 混合後濃度 ,是否在二杯濃度之間? 。 7.18M的硫酸(H2SO4),密度1.84g/cm3,重量百分濃度?
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13-3 酸鹼的濃度 酸鹼定義 水溶液中,氫離子與氫氧根離子共同存在 (酸中也有氫氧根離子,鹼中也有氫離子) 水溶液中氫離子與氫氧根離子濃度的相對大小比較 (何者性質多,就顯示出較多者的性質) 中性:[H+] = [OH-] 酸性:[H+] > [OH-] 鹼性:[H+] < [OH-] 溶液中氫離子與氫氧根離子濃度的乘積為定值 [H+] ×[OH-] = (at 25℃) 二濃度間是反比關係(一增加,另一就減少) ※符號:[] :中括號,表為莫耳濃度之意
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13-3 酸鹼的濃度 酸鹼的定量化 純水的解離 H20 H++OH 純水是中性的 中性:[H+] = [OH-] ℃下, 因 [H+] ×[OH-] = [H+] = [OH-] =10-7M 中性:[H+] = [OH-] ;[H+] ×[OH-] = [H+] =10-7M = [OH-] 酸性:[H+] > [OH-] ;[H+] ×[OH-] = [H+] >10-7M > [OH-] 鹼性:[H+] < [OH-] ;[H+] ×[OH-] = [OH-] >10-7M > [H+]
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13-3 酸鹼的濃度 酸鹼的定量化 酸鹼值(pH值)以 [H+] 濃度定義之 當 [H+] =10 -X 時,其 pH=X 範例 1.將HCl加入純水中,純水中[H+] , [OH-] 。 溶液酸鹼性 。 2.將酒精加入純水中,純水中[H+] , [OH-] 。 溶液酸鹼性 。 3.求以下各溶液之pH值?或[H+] 濃度? [H+] = 10-5 pH= , 性([OH-] = ) [OH-] = 10-3 [H+] = ,pH= , 性。 pH=8 [H+] = , [OH-] = , 性。 4.pH值有可能正值、負值或為零?
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13-3 酸鹼的濃度 範例 5. 甲液pH=3,乙液pH=3,氫離子濃度相差 倍。 6. HCl 0. 001M水溶液,pH=? 7
13-3 酸鹼的濃度 範例 5.甲液pH=3,乙液pH=3,氫離子濃度相差 倍。 6. HCl 0.001M水溶液,pH=? 7. NaOH 0.1M水溶液,pH=? 8. CH3COOH 0.001M水溶液,pH=? 強酸鹼的解離 強酸(鹼):強電解質 完全解離成氫離子或氫氧根離子者 弱酸(鹼):弱電解質 部分解離成氫離子或氫氧根離子者
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13-3 酸鹼的濃度 酸鹼性的測定 中性:[H+] =10-7= [OH-] , pH=7 酸性:[H+] > 10-7> [OH-] , pH<7 鹼性:[H+] <10-7 < [OH-] , pH>7 常見物質酸鹼值表 [H+]愈大, [OH-]愈小 [H+]愈小, [OH-]愈大 pH=7 愈鹼 愈酸 pH<7 pH>7
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13-3 酸鹼的濃度 酸鹼性測量:酸鹼指示劑 限水溶液狀態 石蕊試紙:酸中呈紅色;鹼中呈藍色 酚太指示劑:酸中呈無色;鹼中呈紅色 廣用試紙:以『標準色碼表』比對 酸中呈漸紅色;鹼中呈漸藍色;中性呈綠色 其他物質:紫甘藍、紅鳳菜..等 酸鹼性測量:使用電子儀器 pH 計
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13-4 酸鹼中和 酸鹼中和 1. 反應通式 酸 + 鹼 鹽 +水+熱 HA+BOH BA+H2O 2
13-4 酸鹼中和 酸鹼中和 1.反應通式 酸 + 鹼 鹽 +水+熱 HA+BOH BA+H2O 2.離子方程式通式 氫離子+氫氧根離子 水 H++OH- H2O 混合後水溶液之酸鹼性視反應物酸及鹼抵銷中 和的程度而定,以酸鹼指示劑判斷反應終點。 酸鹼中和為放熱反應,混合後溫度上升 5.實例: 燒稻草(燒灰中之K2CO3 可中和酸性土壤) 胃酸過多(用NaHCO3中和過多之胃酸) Q 小問題 請列舉一些常見的酸及鹼 ?並完成酸鹼中和反應?
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酸 + 鹼 鹽 +水+熱 HA+BOH BA+H2O
13-4 酸鹼中和 酸鹼中和原理 酸 鹼 鹽、水 酸 + 鹼 鹽 +水+熱 HA+BOH BA+H2O eg. HCl+NaOH NaCl+H2O H2CO3+2NaOH Na2CO3+2H2O H2SO4+Ca(OH)2 CaSO4+2H2O HNO3+KOH KNO3+H2O
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13-4 酸鹼中和 離子方程式的改寫原則 H++OH- H2O 電解質拆開 左右相同者抵銷 重新整理
eg. HCl+NaOH NaCl+H2O H2CO3+2NaOH Na2CO3+2H2O H2SO4+Ca(OH)2 CaSO4+2H2O HNO3+KOH KNO3+H2O Q 小問題 1.酸鹼中和的反應經改寫成離子方程式是否都相同? 2. 『酸鹼中和是形成水的反應』,這說法對嗎? 3.改寫原則中『左右相同者抵銷』代表了何種意義?
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13-4 酸鹼中和 酸鹼中和(EXP-13-3) 1. 此稱為酸鹼滴定,可求出未知酸或鹼的濃度 2
乙 甲
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13-4 酸鹼中和 酸鹼中和圖說(EXP-13-3)
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13-4 酸鹼中和 酸鹼指示劑變色 0.1M HCl 滴定 0.1M、10ml NaOH
未滴定前:甲只有NaOH及酚太 此時呈紅色(鹼性,pH=13) 開始滴入HCl 4ml,抵銷部份的鹼, 但鹼仍剩下 呈淡紅色(鹼性,pH 減小) 繼續滴入HCl 達10ml,抵銷全部的鹼 沒有鹼剩下(此時達滴定終點) 呈無色(中性,pH 近於 7) 繼續滴入HCl 達12ml,此時HCl的量 過多,為酸性 呈無色(酸性,pH 減小) 繼續滴入HCl,溶液愈酸,顏色不再 改變,仍為無色 HCl NaOH+酚太
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13-4 酸鹼中和 酸鹼中和的定量運算【補充】 化學方程式中 係數比=反應之莫耳數比 ※ 酸鹼中和反應式: H++OH- H2O H+ 莫耳數=OH-莫耳數 (酸的莫耳數不一定等於鹼的莫耳數) 範例: M HCl 滴定 0.1M、10ml NaOH ,需要多少毫升HCl? 2.將1莫耳H2SO4與鹼中和,需 莫耳NaoH;或 莫耳 Ca(OH)2才能完全中和? 3.以0.1M NaOH 滴定HCl水溶液50ml,當達滴定終點時,耗 去NaOH共25ml,則HCl濃度為 M?
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13-4 酸鹼中和 想想看 此為口腔中唾液中的pH值在一天中的變化情形: 殘留在口腔中的食物會轉變為酸性或鹼性? 口腔常保持酸性,易蛀牙,所以牙膏應該帶有弱鹼性 或弱酸性?說明你的理由。
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13-4 酸鹼中和 鹽類的製備 ※ 鹽的組成 金屬離子或銨根離子與酸根或非金屬離子形成 1
13-4 酸鹼中和 鹽類的製備 ※ 鹽的組成 金屬離子或銨根離子與酸根或非金屬離子形成 酸鹼中和反應 NaOH+HCl NaCl+H2O CH3COOH+Mg(OH)2 (CH3COO)2Mg+2H2O 金屬與酸反應 Mg+2HCl MgCl2+H Zn +2HCl ZnCl2 +H 碳酸鹽與酸反應 CaCO3+2HCl CaCl2+CO2+H2O NaHCO3+H2SO4 Na2SO4+2H2O+2CO2
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13-4 酸鹼中和 常見的鹽類 (1)氯化鈉(NaCl) 俗稱食鹽 水溶液呈中性 (2)硫酸鈣(CaSO4) 白色固體,不易溶於水 石膏的主成分 (3)碳酸鈣(CaCO3) 白色固體,不易溶於水 方解石、大理石、貝殼的主要成分 遇酸或加熱,產生二氧化碳 CaCO3+2HCl CaCl2+CO2+H2O CaCO3 CaO+CO (4)碳酸鈉(Na2CO3) 白色固體 又名洗滌鹼
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13-4 酸鹼中和 常見的鹽類 (4)碳酸鈉(Na2CO3) 水溶液呈鹼性 Na2CO3 2Na++CO32- CO32-+H2O HCO3-+OH- 遇酸,產生二氧化碳(加熱則否) (5)碳酸氫鈉(NaHCO3) 白色固體 俗稱小蘇打 水溶液呈弱鹼性 是胃藥中的成分,可中和過多的胃酸 市售的發粉,含有碳酸氫鈉 遇酸或加熱,產生二氧化碳 NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2
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13-4 酸鹼中和 滅火器介紹 利用CO2不可燃、不助燃及比空氣重性質 構造設計: 酸鹼滅火器:內部產生化學反應以產生CO 乾粉滅火器:外部產生化學反應以產生CO2 酸鹼滅火器 CO2是在內部產生的 NaHCO3+H2SO4 Na2SO4+2H2O+2CO2 1. 使用時要倒置 以使反應物混合 2. 內部有濃硫酸瓶蓋及碳酸氫 鈉水溶液 3. 不可用於電線走火及油類起火
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13-4 酸鹼中和 乾粉滅火器 CO2是在乾粉噴向火源才產生的 2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2 ( 表加熱)
這是指示內部氮氣壓力的壓力表 1. 使用時不需要倒置 2. 內部有碳酸氫鈉乾粉和氮氣鋼瓶 (氮氣是不可燃不助燃的) 3. 可用於普通火災、電線走火及油 類起火
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13-5 電流的化學效應 歷史 1800年英國人尼可爾生首次水電解實驗 電流的化學效應 電能轉變為化學能的反應(吸熱反應) 電解 電鍍(13-6) 電極反應與電解質種類及電極棒材料有關 ※ 13-1 電解質 正極 導線上近電池正極的電極 2.負極 導線上近電池負極的電極 3.電源:限定直流電 4.電極反應 發生化學反應 (氣泡、金屬溶解或析出) Q 小問題 電解反應是化學變化嗎?是屬於吸熱反應?
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13-5 電流的化學效應 電解原理解析 1. 甲( AB)水溶液為例,解離式: H2O H++OH- AB A++B- 2. 通電流後,離子定向移動: 陽離子(H+及A+)向負極, 得到電子 陰離子(OH-及B-)向正極 ,放出電子 電極材料區分可溶解與不溶性 銅棒 可溶解性 碳棒 不可溶解性 ※ 離子競爭後可能的電極化學反應 正極 產生氧氣(O2)或正極溶解 負極 產生氫氣(H2)或金屬析出
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13-5 電流的化學效應 水的電解 1. 反應 2H2O 2H2+O2 2. 電源:直流電 3. 電極:碳棒(不溶性) 4
13-5 電流的化學效應 水的電解 1.反應 2H2O 2H2+O 電源:直流電 3.電極:碳棒(不溶性) 4.加入氫氧化鈉(幫助導電) 5.正極:產生氧氣(O2) 負極:產生氫氣(H2) 氫、氧體積比=2: 氫、氧質量比=1: 當兩極愈靠近,產生 氣體速率愈快 水 Q 小問題 1.水的電解能使用交流電嗎?與直流電的差異? 2. 二極的氣體如何檢驗其為氫氣或氧氣?
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13-5 電流的化學效應 硫酸銅水溶液的電解 1. 二電極:碳棒 2
13-5 電流的化學效應 硫酸銅水溶液的電解 二電極:碳棒 電解後: 溶液顏色藍色漸淡 溶液呈漸酸性(pH) 溶液濃度減少 正極(碳)產生氧氣 正極棒質量不變 H2O 4H++O2+4e- 負極(碳)有紅色銅析出 負極棒質量增加 Cu2++2e- Cu
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13-5 電流的化學效應 硫酸銅水溶液的電解【補充】 1. 二電極:銅棒 2
13-5 電流的化學效應 硫酸銅水溶液的電解【補充】 二電極:銅棒 電解後: 溶液顏色不變 溶液酸鹼性不變 溶液濃度不變 正極(銅)溶解 正極棒質量減少 Cu Cu2+ +2e- 負極(銅)有紅色銅析出 負極棒質量增加 Cu2++2e- Cu Q 小問題 請反覆思索二電極可能出現的電極反應?
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13-5 電流的化學效應 電解硫酸銅水溶液圖說 正極使用(碳棒或銅棒) 電解液濃度或顏色的變化 二極的質量增減變化
13-5 電流的化學效應 電解硫酸銅水溶液圖說 正極使用(碳棒或銅棒) 電解液濃度或顏色的變化 二極的質量增減變化 甲 乙 + - + - 碳棒 銅棒 Cu2+ Cu2+ CuSO4水溶液 CuSO4水溶液
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13-6 電鍍 電鍍的目的 防止生鏽 增加美觀 電鍍的原理:電解原理 電鍍的流程 前處理:表面清潔 1
13-6 電鍍 電鍍的目的 防止生鏽 增加美觀 電鍍的原理:電解原理 電鍍的流程 前處理:表面清潔 拋光 砂紙 去鏽 稀酸 脫脂 強鹼(氫氧化鈉) 電鍍:附著一層金屬 後處理:乾燥 水洗 溶劑洗 丙酮(揮發快,乾燥快)
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13-6 電鍍 電鍍 將一金屬(擬鍍物)鍍上另一金屬(被鍍物) 電源:直流電 電鍍液:含有擬鍍物金屬的水溶液(eg
13-6 電鍍 電鍍 將一金屬(擬鍍物)鍍上另一金屬(被鍍物) 電源:直流電 電鍍液:含有擬鍍物金屬的水溶液(eg.CuSO4) 負極(金屬析出):置放被鍍物(eg.鑰匙) 正極(正極溶解):置放擬鍍物金屬片(eg.銅片) 1.正極: Cu Cu2+ +2e- 正極溶解,質量減少 2.負極: Cu2++2e- Cu 金屬析出,質量增加 3.全反應:Cu(正) Cu(負) 4.電解液濃度不變,顏色不變 5.隨時間,析出金屬,愈厚 6.正極減少質量=負極增加質量
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13-6 電鍍 電鍍廢水的污染 二仁溪綠牡蠣事件:銅離子污染 鍍銀廢水:含有劇毒氰化物(CN-) 硫酸銅電鍍液處理 回收 加入鋼絲絨,使其反應,銅會吸附析出
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