在上一支影片中 我們學到了電解反應 以直流電通過熔融態或水溶液電解質 進行非自發反應 而電解槽的兩極 陽極為正極 陰極為負極 兩電極發生氧化還原反應使物質分解 此過程稱為電解 若電極的材質不會參與反應 稱為惰性電極 如：石墨、鉑、金 但若電極本身可在陽極發生氧化反應 則稱為活性電極 同時我們也學到判斷電解產物時 若遇到數種可能反應的物質 則需要參考電位表 陽極若有數種可能的反應 則氧化電位最大的會優先進行 陰極產物則是以還原電位最高的反應優先進行 例如我們之前學習過的 使用石墨電極電解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離子 在陰極反應中 水分子、鉀離子皆有可能進行還原 而水分子的還原電位較鉀離子為高 所以陰極由水分子獲得電子 還原生成氫氣與氫氧根離子 在陽極反應中 有石墨、水分子及碘離子相互競爭放出電子 又石墨為惰性電極不參與反應 碘離子的氧化電位較水為高 因此陽極由碘離子釋放電子 氧化而產生碘分子 總結來說 電解產物的判斷由半反應的電位來決定 若需迅速判斷電解產物 而手邊沒有電位表時 那有沒有大方向的原則協助我們來判斷呢？ 根據電位表的歸納 我們可以概念性的判斷產物 陽極產物的判斷 應先考慮電極種類 再考慮溶液狀態 若為水溶液需要考慮水的氧化 電極的材料中 白金、金、石墨為惰性電極 不會發生氧化反應 其餘金屬作為活性電極 需考慮在陽極會發生氧化成為金屬離子 若確定為惰性電極 則接著考慮在不同溶液狀態下 非金屬陰離子或水會各自發生不同的氧化反應 若是電解液為熔融態 則直接由陰離子發生氧化反應 若電解液為水溶液時 陰離子若為氯離子 溴離子、碘離子或是氫氧根離子等時 其氧化電位大於水 則陰離子氧化為中性分子 若陰離子為氟離子 與中心原子具最高氧化數的碳酸根、硝酸根 磷酸根、硫酸根、過氯酸根 和過錳酸根離子等酸根離子時 其氧化電位小於水 因此是水發生氧化 陽極產生氧氣與氫離子 pH值下降 至於陰極產物的判斷 不必考慮電極會參與反應 因為金屬元素均不發生還原反應 因此只需直接考慮不同溶液狀態下 金屬陽離子或水所各自生成不同的還原反應 若電解液為熔融態 金屬陽離子發生還原反應成為金屬 若電解液為水溶液時 陽離子為氫離子、鋅離子、亞鐵離子 銅離子、銀離子等 B 族金屬離子 因其還原電位大於水 則陽離子還原為氫氣或金屬 當陽離子是1A族、2A族、鋁離子時 因其還原電位小於水 則由水發生還原反應 陰極產生氫氣 與氫氧根離子 pH值上升 大家都學會產物判斷了嗎？ 我們一起來看看這個情況 若以石墨棒為電極 電解1M的硫酸鈉水溶液 陽陰極的產物各別是什麼物質呢？ 請用剛剛歸納的思考流程判斷 答案是：陽極為氧氣與氫離子 陰極為氫氣與氫氧根離子 而全反應為電解水 同學沒有看錯 電解硫酸鈉水溶液的結果 等同於電解水的結果 因為電解質水溶液中化合物的組成 若陽離子為1A族、2A族、鋁離子與氫離子時 而陰離子為氟離子、硫酸根、硝酸根 過氯酸根、過錳酸根與氫氧根離子等陰離子時 以惰性電極電解上述化合物的水溶液 其結果就等同電解水 剛剛提到的硫酸鈉水溶液 在水中會解離出鈉離子以及硫酸根離子 其中鈉離子屬於1A族還原電位小於水 硫酸根離子的氧化電位也小於水 因此電解硫酸鈉水溶液的結果 就會等同於電解水的結果 將這些離子可能組合成的電解質水溶液 依照酸鹼性分類後 如畫面所示 電解的結果皆同於電解水 同學們可以留意電解時陽、陰極的半反應式表示 以及電解後 陽極、陰極與整杯溶液的pH值變化 理論上電解水需要的最小電壓為 1.23 伏特 水為極弱的電解質 若以兩根碳棒組成的電解池 實驗上外加電壓需要大於2伏特的電壓 才能真正使水發生電解 因此可在電解水時 常加入上述這些助導物質 以幫助導電 甲～戊的電解裝置如下表所示 則陰、陽兩極產物完全正確的有哪些？ 學習完電解的產物判斷 我們來做個總結吧 讓我們看看陽極的情況 如果陽極金屬是活性電極 它會進行氧化反應 但如果陽極是惰性電極 就要看電解液的性質 如果電解液是熔融態 那麼陰離子會被氧化 但如果電解液是水溶液 並且陰離子是氯離子、溴離子、碘離子或氫氧根離子等 那麼陰離子會被氧化為中性分子 否則 水分子會被氧化 接著來看看陰極 陰極的電極不反應 只需考慮電解液 接著 如果電解液是熔融態 陽離子會被還原為金屬 但如果電解液是水溶液 且陽離子是1A族、2A族金屬離子或鋁離子 那麼水分子會被還原 否則 陽離子或氫離子會被還原為金屬或氫氣 若電解質水溶液中 陽離子的還原電位小於水 且陰離子的氧化電位小於水 由惰性電極電解後出現的產物就如同電解水 相信大家現在應該對電解產物的判斷一定功力大增 這個小節內容有些繁複 看完影片後要多多複習喔 一定會越來越熟練的