單元陸:電與化學

一、電流的化學效應

()電流的化學效應的定義:

1.電流的化學效應又可稱為電解,在電解質水溶液中通以直流電時,在兩電極處皆會產生化學變化的現象,就稱為電解。

2.不同種類的電解質溶液會影響電解的結果,即不同的電解質溶液在通以直流電時,發生於正、負電極所生成的物質並不相同。

3.非電解質則因為在水中不能導電,所以即使通以電流,也不會有化學反應發生。(純水在高電壓下會導電,這並不代表非電解的反應)

4.不同的電極材料也會影響電解的結果,亦即相同的電解質溶液使用不同的導電物質做為電極棒,會使正、負電極的化學反應有不同的反應。

5.運用電解原理可以做為分解化合物的方法,例如:電解融熔態的氯化鈉可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬。

6.若在電解質溶液中通入交流電時,也會發電流的化學效應,只是因兩電極的電流會不斷改變,所以正、負電極並不固定,造成兩電極的產物也不固定,以電解水為例子:若以交流電電解水,則兩電極都可收集到氫氣與氧氣的混合物。

7.二次電池的充電反應即為一種電解反應,與電池的放電反應過程相反。

()電解與能量的轉換:

1.物質受電流的影響,伴隨著能量的變化,計有下列三大效應:

(1)電流的熱效應:能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應:能量的變化為電能轉變為磁能。

(3)電流的化學效應:能量的變化為電能轉變為化學能

2.電解:電解質在水溶液中(或熔融狀態)下通以直流電時,會在兩電極產生化學變化的現象,此為一種吸熱的分解反應。

3.電解是一種吸熱(吸收電能)的化學反應。

(1)電解】的能量型式變化為:由電能化學能

(2)電池】的能量型式變化為:由化學能電能(恰與電解相反)

4.無論何種形式的能量,皆具有作功的本領,而「電解」反應就是運用:電能對物質作功,並將能量轉變成化學能的形式。

5.電解是一種分解的過程,所以電解質必定為化合物,在通以電流時始可發生分解的化學反應,電解的產物較原電解質成為較簡單的物質。

6.電解反應的產物不一定是元素,有可能是分子量較小的簡單小分子,也有可能在同一個電解的反應中,同時有電極產生元素及化合物的現象。

二、 水的電解

1.純水不是電解質故難導電,可加入【氫氧化鈉】【稀硫酸】幫助導電。

2.以石墨棒或注射針頭為電極,並通以直流電。

3.此時兩電極皆有氣泡產生。且正極產生【氧氣,而在負極

生【氫氣

4.本實驗使用【排水集氣法】收集氣體,凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法收集,以此法收集的氣體純度較高(僅含少量的水蒸氣)。

5.化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素,電解法可將水分解成氫氣氧氣,故可証能明水是化合物。(如圖二所示)

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6.水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比=2:1

7.檢驗兩極所產生的氣體,可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質:

(1)氧氣的檢驗:以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體,則見餘燼復燃,證明此種氣體具有助燃性,是為氧氣。

(2)氫氣的檢驗:以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體時,則可見到試管口燃起淡藍色的火焰,且有輕微的爆鳴聲,證明此種氣體具有可燃性,是為氫氣。

 

三、 電解硫酸銅溶液

1.電解時兩極的反應;會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反應。(如圖三所示)

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2.若以碳棒為電極時,正、負兩極的化學反應分別為:

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3.當以銅棒為電極時,正、負兩極的化學反應分別為:

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4.金屬離子皆為正離子,在水溶液中會受到負極的吸引,金屬離子會向電極的負極移動,故金屬元素於電解時皆會在負極析出。

5.以【碳棒】為電極時,溶液中的銅離子數目會減少,故顏色變為淺藍色,且溶液逐漸呈酸性

6.改以【銅棒】為電極時,因為水溶液中的銅離子數目不會改變,故於電解的過程中,水溶液的顏色保持不變,且水溶液的酸鹼性保持中性

7.因為金屬離子帶正電,故於電解過程中會受負極吸引向負極移動,故電解含有金屬離子的水溶液時,常在負極會析金屬元素

 

四、 電 鍍

()電鍍原理:利用【電解】原理。

1.在生活中電鍍的物品,不外乎兩個目的:1.防止生鏽2.增加美觀

2.【擬鍍物】:掛接於正極,通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬,例如:鎳、鉻、銅等金屬。

3.【被鍍物】:掛接於負極,如裝飾品、易生鏽的物品。

4.【電解液】:須含有與擬鍍物同類的金屬離子

()電鍍實驗:在鐵製鑰匙上鍍銅。

1.用細砂紙將被鍍物(鐵鑰匙)的鏽斑磨除。

2.鑷子夾取鐵鑰匙,浸入氫氧化鈉溶液中,目的在洗淨被鍍物上的油脂

3.再以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液,即可準備置入電鍍液中。

4.將鐵鑰匙(被鍍物)接於負極,將一銅棒(擬鍍物)接於正極,以硫酸銅水溶液為電解液,裝置(如圖四):電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗,利用丙酮可以洗淨殘留在被鍍物上的雜質,並且因丙酮具高揮發性;故可加速乾燥

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