現在新能源車越來越多 這些車輛可以根據需要 選擇使用汽油或者以電池發電作為驅動力 實現能源的最佳應用 此外 被稱為「終極環保車輛」的氫氣燃料電池電動車 也是一種新的選擇 氫氣車的動力來自於車上儲存的氫氣 與燃料電池進行的化學反應 產生電力以驅動馬達 再和空氣中的氧氣結合 行駛過程中僅排放水 補充氫氣的方式很簡單 就像在加油站一樣 使用加氫槍注入氫氣 大約3-5分鐘即可完成加氫 非常便利 此發明反映了車輛供給能源上的重大進步 和氫能社會的潛力 氫氣燃料電池電動車普及化時 作為燃料的氫氣需求量大增 大家覺得氫氣該如何大量的取得呢？ 在工業上氫氣的製備來源豐富 我們可透過水蒸氣與天然氣反應、 鹼氯工業電解飽和食鹽水、水的電解等 其中電解水製氫的方式 目前可利用過剩的再生能源來進行 雖可減少碳排放 但效率低、成本高是目前無法普及之因 先前學習過的電化電池 是利用自發性的氧化還原反應 將化學能轉為電能，以使電器得以運作 我們也曾學過水的電解 在陰極會得到氫氣、陽極則得到氧氣 對於水的分解這類非自發的氧化還原反應 必須藉由外加直流電電壓 以供給電能作為能量來源 而迫使物質發生分解反應 稱之為電解 如果我們用電解的方式使碘化鉀分解 以石墨棒為電極 將電極插入熔融態碘化鉀電解液中 並接上直流電源供應器 大家可以想想看 這樣做會發生什麼事呢？ 在陽極跟陰極可以收集到什麼物質呢？ 實驗觀察發現 陽極可收集到紫色的碘 陰極則可收集到金屬鉀 為什麼會這樣呢？ 這個例子中 產生反應的溶液稱為電解液 也就是此反應中的熔融態碘化鉀 而發生電解反應的裝置稱為電解槽 電解槽由電解液和兩個電極組成 兩支電極的一端分別接在直流電源的正、負極 另一端置入含有電解質的電解槽中 電解液可能是酸、鹼、鹽類的水溶液或熔融的鹽類 在兩電極上接上外加電源時 連接電源正極的電極棒為電解槽的正極 該處會發生氧化半反應 因此也為陽極 連接電源負極的電極棒為電解槽的負極 也稱為陰極 還原半反應發生於此 電解槽中 若電極不參與反應 則稱其為惰性電極 常見的惰性電極有石墨、鉑、金等 惰性電極僅傳導電子 不發生氧化反應 而其他的金屬電極均可發生氧化反應 稱之為活性電極 也因為活性電極氧化後會變成陽離子溶於水 此反應現象又稱「電極溶解」 但是不論活性還是惰性電極 均可發生還原反應 會在電極端析出產物 在電解碘化鉀的實驗中 電解液中的鉀離子為陽離子 會移動到電解槽的陰極 接著得到電子而發生還原反應 而產生鉀金屬析出 屬於陰離子的碘離子 會移動到電解槽的陽極 接著失去電子而發生氧化反應 而生成碘分子 全反應則是熔融態的碘化鉀 透過電解反應之後分解成碘分子與鉀金屬 若將電解液改為濃度為1 M碘化鉀水溶液的話 兩極的產物會和電解熔融態碘化鉀的產物相同嗎？ 答案是不相同！ 電解1 M碘化鉀水溶液 在陽極會得到棕色的三碘陰離子 而陰極則會得到氫氣與氫氧根離子 為什麼兩個實驗的產物不同呢？ 關鍵是水分子！ 在陰極反應中 水分子和鉀離子競爭電子 需要考慮水分子和鉀離子獲取電子的競爭能力 通常是還原電位較高的物質會優先獲得電子 根據數據 水分子的還原電位較鉀離子高 因此 在這種情況下 陰極會由水分子獲得電子 產生氫氣和氫氧根離子 在陽極反應中 除了考慮水分子和碘離子釋放電子的競爭能力外 還必須考慮電極的性質 即是否為活性電極 通常情況下 氧化電位較高的物質會優先失去電子 在此反應中 石墨是一種惰性電極 不參與反應 當石墨、水分子和碘離子競爭釋放電子時 由於碘離子的氧化電位高於水 因此陽極會由碘離子釋放電子 導致碘分子的生成 綜合陽陰極的反應 可以得到全反應 但由於陽極生成的碘分子不易溶於水 而極易與碘離子反應形成易溶於水的三碘陰離子 因此陽極的棕色產物為三碘陰離子 且三種物質呈現平衡態共存 為了印證上述產物 可使用特定的方式來檢驗 陽極生成的碘分子可使用環己烷檢驗 環己烷密度小於水 且跟水不互溶 因此位處於兩層中的上層 又因碘分子較水更容易溶於環己烷 因此加入環己烷後 溶液上層會呈現碘分子的紫色 由於碘分子可與澱粉結合呈深藍色的錯合物 也可利用加入澱粉來檢測 陰極的氫氧根離子可利用加入酚酞指示劑 溶液會呈紅色 或加入氯化鐵水溶液 產生黃褐色沉澱來加以檢驗 氫氣則可利用點火會產生藍色的火焰 且有爆鳴聲來確認 已知下列各物質標準還原電位 若以石墨為電極 電解溴化錳水溶液 回答下列問題 發生反應時之最小電壓為多少伏特？ 承第1題 產物為哪些物質？ 學習完電解的原理 來做個總結吧！ 電解是指以直流電通過熔融態或水溶液電解質 使兩電極發生氧化還原反應 分解物質 為非自發反應 陽極為正極 陰極為負極 不會參與反應的電極 稱為惰性電極 如：石墨、鉑、金 若電極本身可在陽極發生氧化反應 稱之為活性電極 電解的產物依電位高低決定 陽極產物取決於氧化電位最高的反應 陰極產物取決於還原電位最高的反應 相信大家現在已經瞭解了電解的原理 看完影片後再多多複習與熟悉 對下一個小節電解產物判斷的學習會更事半功倍喔！ 大家加油 我們下次見