化学电池和电解
进阶化学电池把自发氧化还原反应分开在两极进行，化学能转成电能，电子经外电路由负极流向正极；电解则用电能驱动非自发反应，阴极发生还原、阳极发生氧化，产物由离子优先放电次序决定。
- 化学电池：自发氧化还原分两极进行，化学能转电能，电子由负极经外电路流向正极。
- 盐桥让离子迁移，维持电中性并接通内电路；电子不走盐桥。
- 电解：电能转化学能；阴极（接负极）还原，阳极（接正极）氧化。
文体小知识：科学知识说明文——解释化学电池如何把化学能变成电能、电解如何用电流驱动非自发反应，并比较两极反应与产物的判断方法。
§课文原文 Passage
1把锌片和铜片插进柠檬，接上小灯泡，灯泡竟会发光，这就是水果电池的趣味。化学电池的原理，是把上一课学过的自发氧化还原反应分开在两个电极进行：失电子的氧化反应在一极发生，得电子的还原反应在另一极发生，电子经外电路流动，便形成电流，化学能于是转换成电能。
2电子只在外电路流动，不会穿过溶液。电池内部靠离子移动接通电路：简单化学电池用两种活泼性不同的金属浸在电解质中，较活泼的金属作负极，失去电子被氧化；较不活泼的金属作正极，溶液中的物种在其表面得到电子被还原。金属的活泼性可按电化序比较，电化序愈高的金属愈容易失电子。
3较精确的金属－金属离子半电池装置，用盐桥或多孔装置连接两个半电池。盐桥的作用有二：让离子在两个半电池之间迁移，保持溶液电中性；同时接通内电路，令电流持续。没有盐桥，电荷迅速积聚，反应便会停止，电流随之中断。
4电解是倒过来的过程：用电能驱动不能自发进行的氧化还原反应，把电能转成化学能。电解池由电源、电极和电解质组成，接电源负极的是阴极，发生还原反应；接电源正极的是阳极，发生氧化反应。电解熔融的溴化铅时，铅离子在阴极得电子变成熔铅，溴离子在阳极失电子变成红棕色的溴蒸气。
5电解水溶液时，可能有多种离子竞争放电，产物由离子优先放电次序决定，与电化序和离子浓度有关。电解的应用遍及工业：电镀令物件表面披上防锈美观的金属层，提取活泼金属如铝亦要靠电解熔融矿石；干电池、铅酸蓄电池和氢氧燃料电池，则是化学电池在生活中的化身。
1重点摘要 Summary
化学电池把自发氧化还原反应分开在两极进行，化学能转成电能，电子经外电路由负极流向正极；电解则用电能驱动非自发反应，阴极发生还原、阳极发生氧化，产物由离子优先放电次序决定。
2生字卡 Vocabulary
把自发氧化还原反应的化学能转成电能的装置。
用电能驱动非自发氧化还原反应，把电能转成化学能的过程。
与电解质或溶液接触、发生氧化或还原反应的导体。
电解池中接电源负极的电极，发生还原反应。
电解池中接电源正极的电极，发生氧化反应。
熔融或溶于水时能导电的物质，靠离子移动传导电流。
连接两个半电池的装置，让离子迁移以维持电中性并接通内电路。
一个电极连同其电解质组成的部分，只承担氧化或还原一方反应。
金属（及其离子）按活泼性或得失电子倾向排列的次序，用于比较电极反应。
用电解把一层金属镀在物件表面的技术，待镀物件作阴极。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：化学电池把反应拆成两半化学电池的核心构思，是让自发氧化还原反应的两半分开进行：氧化在负极失电子，还原在正极得电子，电子经外电路流动形成电流。举个例子：把锌片和铜片插进柠檬汁这类电解质，灯泡便会发光，因为锌失电子的反应与溶液中离子得电子的反应被分在两片金属上进行。这个设计把化学能直接变成电能，避免了能量以热的形式白白散失，是电池工业的科学基础。
- 第二步：锌铜电池的电子流向在锌铜电池中，先按电化序比较活泼性：锌高于铜，锌较易失电子，故锌片是负极，铜片是正极。负极反应是 Zn → Zn²⁺ + 2e⁻（氧化）；正极上溶液中的物种得到电子被还原。举个例子：柠檬汁含氢离子，氢离子在铜片表面得电子放出氢气。电子由锌片经导线流向铜片，电流方向则相反。答题时写清楚「电子由负极经外电路流向正极」，并分别写出两极反应，是标准的得分步骤。
- 第三步：盐桥与半电池的作用金属－金属离子半电池把金属浸在含该金属离子的溶液中，两个半电池用盐桥或多孔装置连接。盐桥的职责是让离子迁移：正极一边因阳离子被消耗或阴离子积聚而带电，盐桥中的离子便移过来补充，维持溶液电中性。举个例子：若抽走盐桥，灯泡不久便熄灭，因为电荷积聚令反应停止。盐桥并非让电子通过——电子只走外电路；离子走内电路，两条路径分工合作，电流才能持续。
- 第四步：电解是倒转的反应电解用电能推动不能自发进行的反应，把电能转成化学能。电解池接电源负极的电极是阴极，发生还原；接正极的是阳极，发生氧化。记法：阴极得电子，阳极失电子。举个例子：把两支碳棒浸进熔融溴化铅，接上直流电源，铅离子游向阴极，得电子变成金属铅；溴离子游向阳极，失电子变成溴蒸气。判断电极名称时，先看它接电源的哪一极，再看反应得失电子，两者核对便不会错。
- 第五步：电解熔融化合物熔融的离子化合物只有一种阳离子和一种阴离子，产物最容易判断。以电解熔融 PbBr₂ 为例：阴极 Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb，得银灰色熔铅；阳极 2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻，放出红棕色溴蒸气。举个例子：工业提取活泼金属铝，就是把氧化铝熔融后电解，铝离子在阴极变成铝金属，因为铝非常活泼，碳还原力有不及，唯有电解才能把它还原出来。这类题目要写出两极半反应式与观察所得，三样齐全才有满分。
- 第六步：水溶液电解与优先放电电解水溶液时，水中也有氢离子和氢氧根离子，可能与溶质离子竞争放电，产物由优先放电次序决定。一般规律：阴极上，电化序较低（较不活泼）的金属离子先放电，若只有钾、钠、钙、镁、铝等极活泼金属的离子，则氢离子放电放出氢气；阳极上，卤素离子先于氢氧根离子放电，得卤素；若溶液只含硝酸根、硫酸根等离子，则氢氧根离子放电放出氧气。举个例子：电解稀硫酸铜溶液，阴极得铜，阳极得氧气，蓝色随铜离子减少而变淡。
- 第七步：电镀与身边的电池电镀是电解的直接应用：待镀物件作阴极，镀层金属作阳极，电解质含镀层金属的离子。举个例子：电镀铜时，物件接阴极，铜片接阳极，阴极上 Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu 沉积成光滑铜层，阳极铜不断溶解补充铜离子，铜层既美观又防锈。生活中的电池也是本课主角：干电池方便携带，铅酸蓄电池用于汽车，氢氧燃料电池把氢与氧反应的化学能直接变成电能，产物只有水，是洁净能源的重要方向。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
科展作品：锌片与铜片插进柠檬制成水果电池，外接导线和电流计；另用碳棒电解熔融 PbBr₂。试指出电池的电子流向与两极反应，并写出电解的阴阳极产物；最后说明若要在铁匙上电镀铜，铁匙应接哪一极。
- 比较电化序：锌高于铜，锌较易失电子，故锌片是负极（Zn → Zn²⁺ + 2e⁻），铜片是正极，电子由锌片经导线流向铜片。
- 柠檬汁中的氢离子在铜片表面得电子被还原，放出氢气；内电路由离子移动接通。
- 电解熔融 PbBr₂：阴极 Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb，得银灰色熔铅；阳极 2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻，放出红棕色溴蒸气。
- 电镀铜时，铁匙必须接阴极，让 Cu²⁺ 得电子在其表面沉积成铜层；铜片接阳极不断补充铜离子。
- 答案：锌铜电池中，锌是负极，电子由锌片经外电路流向铜片，氢离子在铜片被还原；电解熔融 PbBr₂ 时，阴极得熔铅、阳极得溴蒸气；电镀铜须把铁匙接阴极，铜片接阳极。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1化学电池与电解池的能量转换分别是甚么？
Q2锌铜电池中，电子经外电路流向哪一片金属？负极是哪种金属？
Q3盐桥在化学电池中有哪两个作用？
Q4电解熔融 PbBr₂ 时，阴极和阳极分别得到甚么产物？
Q5要在铁匙表面电镀铜，铁匙应接哪一极？电解质须含甚么离子？
8重点回顾 Recap
- 化学电池：自发氧化还原分两极进行，化学能转电能，电子由负极经外电路流向正极。
- 盐桥让离子迁移，维持电中性并接通内电路；电子不走盐桥。
- 电解：电能转化学能；阴极（接负极）还原，阳极（接正极）氧化。
- 电解水溶液时产物由离子优先放电次序决定；活泼金属须电解熔融矿石提取。
- 电镀时待镀物件作阴极，镀层金属作阳极，电解质含镀层金属离子。