电解是让直流电通过电解质(熔融或溶解的离子化合物),并使用两个电极。阳极(anode)接正极,阴极(cathode)接负极。电子在导线中移动,离子在电解质中移动。
这是电解推理的第一课。它需要化学键与结构中的离子概念,之后几乎每道电解题都会用到。
各部分各有什么作用?
可以把电解池想成一个中间有缺口的电路,离子要负责把缺口接通。
| 部分 | 作用 | 什么在移动 |
|---|---|---|
| 电源 | 推动电子在电路中流动 | 导线中的电子 |
| 阴极(负) | 接收电子;正离子到这里得到电子 | 电子流入,阳离子被吸引 |
| 阳极(正) | 把电子交给电路;负离子到这里失去电子 | 电子流出,阴离子被吸引 |
| 电解质 | 靠自由离子导电 | 液体中的离子 |
正离子(阳离子)被吸引到带负电的阴极。负离子(阴离子)被吸引到带正电的阳极。所以金属或氢气在阴极生成。
为什么离子必须能自由移动?
固态离子化合物的离子被锁在晶格中,所以不导电。把它熔化或溶于水,离子才能移动,电路才能接通。
**惰性电极(inert electrode)**如石墨或铂,只传导电子,不参与反应。活性电极,例如硫酸铜溶液中的铜,可以参与反应,质量会改变。水溶液与熔融情形的比较一课会用到这个区别。
例题详解
一个电解池中装有熔融的氯化锌 ZnCl₂,使用石墨电极。电极 X 接电源正极,电极 Y 接负极。请说出两个电极的名称,指出各有哪种离子移向它,并解释为什么电解质必须是熔融的。
第 1 步,电极名称:X 接正极,所以 X 是阳极。Y 是阴极。
**第 2 步,离子移动:**存在的离子是 Zn²⁺ 和 Cl⁻。Zn²⁺ 带正电,移向阴极 Y。Cl⁻ 带负电,移向阳极 X。
**第 3 步,为何要熔融:**固态氯化锌的离子固定在晶格中。熔融后,离子可以自由移动并携带电流。
**第 4 步,电子:**电子经导线从阳极出发,经过电源流向阴极,而不是穿过液体。
产物会在预测熔融电解质的产物中讲解。
要留意的错误
常见的失误是写”阳极带负电,因为它吸引正离子”,或者说电子在电解质中流动。
错误答案:“Zn²⁺ 移向阳极,因为电子在液体中流动。”
这把两种移动和电极的电性混在一起了。
纠正的方法是先根据电源接线端确定电极。这里阳极是正极,所以它吸引带负电的 Cl⁻。离子在液体中移动,电子在导线中移动。
自我检测
1. 某电极接在电源负极。它是阳极还是阴极?哪种离子移向它?
查看答案
它是阴极,**正离子(阳离子)**移向它。
2. 解释为什么固态氯化钠不导电,而熔融氯化钠能导电。
查看答案
固态中,Na⁺ 和 Cl⁻ 固定在晶格的位置上。熔融后,离子可以自由移动,携带电荷通过液体。
3. 为什么说石墨电极是惰性的?
查看答案
它把电子传入和传出电解质,但在电解过程中不发生反应,也不溶解。
下一步
接下来,通过问”哪种离子到哪个电极”来预测简单熔融电解质的产物。摩尔与方程式比例辅导工具和方程式配平推理训练器可以支持之后的方程式练习。
有些同学能给图加标签,但题目要求解释离子移动时就丢分。我们的老师在一对一线上化学补习中,会特别留意这类缺口。