原電池galvanic cell是裡面的物質自發性地進行氧化還原反應時，就會產生電流。有一種類似的電池裝置，稱為電解電池electrolytic cell，它利用電能製造化學反應變化。

化學原理啟迪286

電解 Electrolysis

1.        原電池galvanic cell是裡面的物質自發性地進行氧化還原反應時，就會產生電流。有一種類似的電池裝置，稱為電解電池electrolytic cell，它利用電能製造化學反應變化。

2.        電解法，強迫電流通過一個電池去製造化學變化；電解電池的電位差是負的，它是電功啟動非自發性的化學反應。電解，在實務上非常重要，舉例來說，電池充電、製造鋁金屬與鍍鉻都需要透過電解來達成。

3.        我們將比較原電池與電解電池的差距，下圖是原電池，物質自發性反應，產生1.10volts的電流。

Zn＋Cu^2＋→Zn^2＋＋Cu

4.        這個原電池galvanic cell反應

陽極反應：Zn→Zn^2＋＋2e^－

陰極反應：Cu^2＋＋2e^－→Cu

5.        下圖是外加能量強迫電子以相反方向穿過電池：

Cu＋Zn^2＋→Cu^2＋＋Zn

6.        外加的電力必須高過1.10volts，灌入的方向與原本電池的電位差流向相反，這就是電解電池。

7.        特別留意，這二種電池的電子流動方向相反，所以陽極和陰極剛好相反，同時，離子穿過鹽橋的方向也相反。

8.        現在我們將討論電解法的化學計量，怎麼衡量電解過程的功效呢？我們必須判斷清楚在一定時間內產生的特定電流造成的化學變化，改變多少份量的物質。

9.        假設有個電極棒浸泡在Cu^2＋溶液，我們外加10.0安培的電流（1安培是每秒1庫倫的電荷）持續30分鐘，使電擊棒被電鍍上銅，如何計算被鍍上的銅是多少呢？

安培的定義：安培是電流流量的單位。每秒通過導線上某一個截面（切面）的電量，稱為安培ampere；1安培指每秒通過1庫倫的電量。

伏特的定義：伏特是電壓的單位。陰極與陽極之間的電位差就是電壓； 1庫倫電子通過1伏特電位差會做出1焦耳的功。1伏特是每庫倫做1焦耳的功。

10.     電鍍plating是指溶液中的金屬離子被還原成中性的金屬，沈澱在電極表面。

11.     銅離子Cu^2＋需要2個電子才能還原成銅金屬原子：

Cu^2＋(aq)＋2e^－→Cu(s)

這個還原程序發生在電解電池的陰極。

12.     為了解開這個化學計量的問題，我們使用以下的步驟：

電流與時間→電荷的庫倫數→電子的莫耳數→銅的莫耳數→銅的公克數

13.     因為1安培是每秒1庫倫的電子，我們把電流乘以時間秒數，會得到陰極端的溶液被通電的總電量：

電子的庫倫數

＝安培 × 秒數

＝C/S × S

＝10.0C/S×30.0min×60.0S/min

＝1.80×10⁴C

14.     1mole電子的電量是1法拉第或96,485庫倫，利用這個數值我們可以計算出1.80×10⁴庫倫電流到底是多少莫耳的電子

1.80×10⁴C ×1mole e^－/96,485C＝1.87×10^－1mole e^－

意思是有0.187莫耳的電子流入Cu^2＋溶液中。

15.     每1個Cu^2＋離子需要2個電子才能變成銅原子，因此，每莫耳的電子製造1/2莫耳的銅金屬：

1.87×10^－1 mol e^－×1 mol Cu/2 mol e^－＝9.35×10^－2 mol Cu

16.     現在我們知道鍍上陰極的銅金屬的莫耳數，接著我可以計算產生的銅金屬的質量：

9.35×10^－2 mol Cu× 63.546g/mol Cu＝5.94g Cu

結論：電極棒浸泡在Cu^2＋溶液，外加10.0安培的電流（1安培是每秒1庫倫的電荷）持續30分鐘後，電擊棒被電鍍上5.94g銅。

n         翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》