牛刀小試解答※
第五節 電解與電鍍的原理
一、定義：由外界通電，供給能量，而使電解質分解的化學反應稱為 。其為一種被迫的
。 二、原理：
1.電解質在 中或離子化合物在 時，會產生正負離子。
2.通直流電於溶液(或熔融液)中，則陽離子(或水)游向 極，而被 。 陰離子或水游向 極而被 。
三、電解槽和電池之聯接法：
1.電解槽的正極( )接直流電源之正極( )。
2.電解槽的負極( )接直流電源之負極( )。
3.圖示如下(以電解KI(aq)為例)。
四、電解時所需電流之最小電位：
應 於電解質被分解所引起氧化還原反應的電動勢。
例如： E0＝－1.10 伏特
欲使反應發生，外界所需施加電壓應大於 (理論值)
五、電解產物的決定 1.電極種類：
(1)惰性電極：常用鉑片，Au或C棒為電極，構成惰性電極，在電解過程中，僅傳導電 子而不得失電子。
(2)活性電極：由Pt，Au或C外之金屬構成的電極，有可能在陽極參加反應(在陽極被氧 化)稱為活性電極。
2.電解時在電極所發生的半反應可能有數種，而以半反應之電位來決定何者最可能發生，
即半反應電位E0值越大者越容易發生。
Cu + Zn 2+ Zn + Cu2+
例如：電解碘化鉀水溶液時
(1)陽極可能的反應有：2I I2 2e E0＝－0.53V
2 1 2
2 2
H O2O H e E0＝－0.82 V
(2)陰極可能的反應有：2K2e2K E0＝－2.92V 2H O2 2eH22OH E0＝－0.41 V
(3)比較電位得知所發生反應：
陽極：
陰極：
總反應：
(4)所需最小電壓：
① 陽極半反應：
考慮(a) 電極材料 (b) 陰離子 (c) H 2 ，O 由氧化電位最大的進行陽極的半反應。
活性電極 I，Br，Cl(濃) 鹼性溶液(OH) 其他陰離子。
( ) ( ) ( ) ( )
② 陰極半反應考慮(a)H O2 ；(b) 陽離子，
由還原電位最大的物質進行陰極的半反應，故產物如下：
a 熔融鹽(非水溶液)：任何陽離子在得到足夠電壓後均可電解析出。
b 水溶液：
IA，IIA2，Al3，Mn2 其他陽離子(Mn) ( ) ( )
3. 電解之例：
(1)以C棒為電極電解KI(aq) 陽極：
陰極：
全反應：
兩極產物相遇時：
(2)以Cu為電極電解CuSO4(aq) 陽極：
陰極：
(3)以Pt為電極電解H SO2 4(aq) 陽極：
陰極：
全反應：
(4)以惰性電極電解NaOH(aq)
陽極：
陰極：
全反應：
(5)食鹽水電解－鹼氯工業
隔膜電解法：陽離子交換膜，可以阻止OH穿透，但可使陽離子(Na)流入陰極 以平衡電荷。為了防止電解濃食鹽水陰、陽兩極產物產生作用(即
2NaOH Cl 2 NaOCl NaCl H O 2 )而降低了NaOH與Cl2之產率，
故使用隔膜電解法。
◎隔膜法電解鹽水的示意圖
A 置換鍍
在不使用外加電能的情況下，利用各種金屬之間的氧化或還原電位差的性質，使貴 金屬離子經還原反應直接析出成元素態，而附著在卑金屬物體的表面，同時卑金屬 原子發生氧化反應而溶解成為離子，這種方法叫做置換鍍或浸鍍。
B 化學還原鍍
把含有金屬鹽的水溶液與可溶性還原劑混合，則經溶液中的氧化還原反應所生成的金屬 原子，可附著於浸在溶液中的任一物體表面，這種方法叫做無電極電鍍或化學還原 鍍。
3. 電鍍的目的不外乎改變物體表面的性質，如增加光澤以維持美觀，加強物體的機械性 能，如硬度及韌性，或使物體具有抗蝕性等，因此電鍍是一項重要的工業。
七、計量 (1) Q It (2) 1 F＝
(3)n＝96500It 電價1 (4) 電解水：
【範例 1】
在含有Na及Ag各1 M 的水溶液中，通直流電電解時，下列敘述何者錯誤？
(A)在陰極同時析出Ag及Na (B)在陰極只析出Na (C)在陰極只析出Ag (D)在陰極先析出Ag後，再析出Na (E)在陰極析出Ag，陽極析出Na。
Ans ： ABDE
【範例 2】
電解下列各溶液(0.1 M)，何者在陽極產生的氣體和其他三者不同？
(A)H SO2 4 (B)NaOH (C)NaCl (D)Na SO2 4。
Ans ： C
【範例 3】
以鉑電極電解下列各電解質水溶液，那幾項溶液在電解後pH 值會昇高？ (A) 飽和食鹽水 (B) 1.0 MNaOH (C)稀硫酸 (D) 1.0 MAgNO3 (E) 1.0 MKClO4。
Ans ： AB
【範例 4】
在2 大氣壓下電解水時，陽極與陰極所收集之氣體其體積比為陽極：陰極＝？
(A) 4：1 (B) 2：l (C) 1：2 (D) 1：4。
Ans ： C
【範例 5】
電解下列各水溶液(均為 3 M)，通入相同電量時，析出氣體莫耳數最多者為何？
(A)AgNO3 (B)Na SO2 4 (C)NaCl (D)KNO3。
Ans ： C
【範例 6】
以相同的電量，電解(甲)Hg NO( 3 2() aq) (乙)NaCl( )l (丙)Al O2 3( )l ，下列敘述何者錯誤？
(A)在陰極析出金屬的重量以甲最多，丙最少 (B)在陰極析出金屬的莫耳數以乙最多，丙最少 (C)在陽極析出非金屬的莫耳數以甲最多，丙最少
(D)在甲電解槽中，陰極與陽極析出物之莫耳數比為 2：3。
(Hg＝200，Na＝23，Al＝27)
Ans ： CD
【範例 7】
在27℃及 1 atm 時以鉑電極電解稀硫酸水溶液，電流強度為 5 安培，歷時 32 分 10 秒鐘，則 陽極放出之氧氣約為？
(A) 12300 毫升 (B) 6150 毫升 (C) 1230 毫升 (D) 615 毫升。
Ans ： D
【範例 8】
在一電解實驗中，電流保持5 安培，水不因蒸發而逸失，電量利用率為 100％。在此情形下，
電解10％(重量％)的NaOH(式量＝40)水溶液 100 克，經 X 小時後發現NaOH濃度變為 11％。
X 約為？
(A) 54.2 (B) 27.1 (C) 10.8 (D) 5.40。(1 法拉第＝96500 庫侖＝26.8 安培時)
Ans ： D
【範例 9】
用鉑極電解10％NaOH水溶液109 克，直至生成 S.T.P.下之氣體 8.4 升，若電解時水不蒸發，
則下列陳述何者正確？
(A)消耗電量 0.5 F (B)NaOH濃度成為10.4％ (C)NaOH重量成為10 克 (D)產生氫 0.5 克 (E)有 4.5 克水被電解用去。
Ans ： ABDE
【範例 10】
以銀為陽極，鉑為陰極，電解溴化鉀水溶液時：(log 2＝0.3010) (1)寫出陰、陽極反應及全反應。
(2)今電解 100 毫升溴化鉀溶液直至所得氫之體積在 0℃及 2 atm 下為 11.2 毫升。該電解液在 25℃時pH 值約為若干？
Ans ： (1) 略 (2)12.3
【範例 11】
通某定量電量至硝酸銀溶液可產生10.0 克銀，若將相同量電量通入某金鹽溶液可得 6.08 克 金，
則在此金鹽中，金為：(原子量：Ag＝108，Au＝197) (A)正 1 價 (B)正 2 價 (C)正 3 價 (D)正 4 價。
Ans ： C
【範例 12】
以鉑為電極，電解CuSO4水溶液。在此電解中，使0.850 安培的電流通過 15.0 分鐘。試計算：
(a)所通過之電量(法拉第)若干？
(b)在陰極應沉積若干重量之銅？(Cu＝63.5) (c)在 S.T.P.時，陽極應放出若干體積之氧氣？
(d)若電解後，溶液體積 500 mL，求溶液的[H]＝？
Ans ： (1)8×10-3 F(2)0.254g
(3)44.8ml(4)0.016M
Ans ： (1)4.23%(2)18.375L
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ 牛 刀 小 試 ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
01. 以銅作陰陽兩電極，電解硫酸銅水溶液，陽極會發生何種變化？
(A)銅溶解 (B)析出銅 (C)產生SO2 (D)逸出H2。
02. 工業上，由礦石或其他資源大量提煉金屬或非金屬，利用電解方式進行的有： (A)F2
(B)Al (C)Na (D)Zn (E)Fe。 03. 有關電解之說明何項正確？
(A)以白金電極電解稀H SO2 4和NaOH水溶液時，所得產物相同 (B)以銅板作電極，電解CuSO4水溶液時，陽極可得氧
(C)以石墨電極電解AgNO3、Zn NO( 3 2) 、Pb NO( 3 2) 之混合水溶液時，最先得Ag
(D)以白金電極電解AgNO3、Pb NO( 3 2) 、NaNO3、KNO3混合水溶液時，當不再得Pb之後 可得Na
(E)電解過程是一種吸熱反應。
04. 某生做電化學實驗，通直流電於硫酸鎳溶液，欲於陰極析出 1.467 克的鎳，需通多少庫侖 的電量？ (A) 19300 (B) 9650 (C) 4825 (D) 2413。 [Ni=58.69]
05. 將含有Cu2(甲)，Ag(乙)及Ni2(丙)的水溶液，分別以鉑電極通相同強度的電流電解，
使在陰極析出同重量金屬時，所需要時間之長短順序，下列何者為正確？
[Cu=63.5，Ag=108，Ni=58.69]
(A)(乙)＞(甲)＞(丙) (B)(甲)＞(丙)＞(乙) (C)(乙)＞(丙)＞(甲) (D)(丙)＞(甲)＞(乙)。
06. 電解NaOH水溶液時，若在S.T.P.下陰極產生 560 mL 的氣體，則 (A)陽極可產生 1120 mL 的氣體 (B)共通電有 4825 庫侖的電量 (C)共約有 3.01×l022個電子流入電解槽中 (D)電解液重量減少 0.90 克 (E)水溶液中的[NaOH]濃度變小，因此pH 值變小。
07. 工業上電解濃食鹽水，為何常在陽極及陰極間，放置陽離子交換膜？
(A)防止陰極的NaOH與陽極的Cl2起作用 (B)保持溶液之pH 值不變
(C)做為鹽橋
(D)只允許鈉離子進入陰極，增加鈉金屬之產率。
08. 有關電解的下列敘述那些正確？
(A)電解NaCl水溶液時，溶液會變成鹼性 (B)陰極就是負極
(C)水的電解時，O2產生於陽極，絕不會產生於陰極
(D)水電解時所得到的氣體和燒杯中煮沸水時所得到的氣體相同 (E)以鉑極電解食鹽水，可以直接得到高純度的金屬鈉。
09. 郝耳 22 歲就發明了電解法製鋁，一百年來郝耳法仍然是最主要的工業製鋁法，將鋁礬土 除去鐵雜質後，在電解槽中與冰晶石(Na AlF3 6，熔點1000℃)混合進行電解
(1)鋁礬土主要成份的化學式是 。
(2)電解時槽內反應溫度是 950℃，鋁礬土及冰晶石混合的電解質呈物質三態中的 態。
(3)寫出此電解反應的化學方程式。
(4)若電解後收得 27 克的純鋁，(鋁原子量 27.0；l 法拉第＝96500 庫侖) (a)至少需要鋁礬土多少克？
(b)需要多少庫侖電量？
10. 以郝耳電解法製備金屬鋁時，下列何種敘述為正確？
(A)冰晶石是用作負極 (B)鋁礬土是用作正極
(C)氧化鋁的水溶液用作電解液 (D)液態鋁是靠較大比重由槽底分離出來。
11. 若要由電解法電解熔化之氧化鋁製得 90 公噸之金屬鋁，至少需含 92％ 的礦石 X 公噸，且至少需電量Y 庫侖，則
(A) X＝98，Y＝3.22×1011 (B) X＝230，Y＝9.65×1011
(b)電解CaCl2水溶液，可在陰極獲得 。
(c)欲在鐵板上鍍鉻，鐵板須置於電鍍槽的 極。
(d)MnO4(aq) 與Fe(2aq)二半反應在酸性溶液中，組成的全反應，當達到平衡時，其電位差 為若干伏特？
(e) 40.0 毫升的Fe(2aq)酸性溶液以0.10 MCr O2 72溶液滴定，當到達當量點時，用去20.0 毫
升的Cr O2 72溶液，則原來Fe(2aq)溶液的莫耳濃度為多少？
15. 若使用鉛蓄電池為電源，在銅匙上鍍銀，當鉛蓄電池連接銅匙之電極增加重量 9.6 克時，
則銅匙上已鍍上之銀理論上為？(Pb＝207，Ag＝108，S＝32) (A) 108 克 (B) 10.8 克 (C) 21.6 克 (D) 2.16 克。
16. 電解 1.0 M 碘化鉀水溶液，可得結果為 (A)陽極附近溶液變為棕色
(B)陰極附近溶液之pH ＜7
(C)抽取少量陰極附近溶液加入Fe(3aq)，產生Fe OH( )3沉澱
(D)抽取少量陽極附近溶液加入CCl4中，則CCl4層呈現棕色，因含有I3離子之緣故 (E)K離子沒有發生化學作用。
※
牛刀小試解答※
1. A 2. ABC 3. ACE 4. C 5. D 6. BC 7. A 8. ABC
9.(1)Al O2 3 (2)液 (3)略 (4)(a) 51g、(b) 2.90×105 10. D 11. D 12. D 13. A 14.Ca、H2、陰、0、0.30 M 15. C 16. ACE