化學電池和電解
進階化學電池把自發氧化還原反應分開在兩極進行，化學能轉成電能，電子經外電路由負極流向正極；電解則用電能驅動非自發反應，陰極發生還原、陽極發生氧化，產物由離子優先放電次序決定。
- 化學電池：自發氧化還原分兩極進行，化學能轉電能，電子由負極經外電路流向正極。
- 鹽橋讓離子遷移，維持電中性並接通內電路；電子不走鹽橋。
- 電解：電能轉化學能；陰極（接負極）還原，陽極（接正極）氧化。
文體小知識：科學知識說明文——解釋化學電池如何把化學能變成電能、電解如何用電流驅動非自發反應，並比較兩極反應與產物的判斷方法。
§課文原文 Passage
1把鋅片和銅片插進檸檬，接上小燈泡，燈泡竟會發光，這就是水果電池的趣味。化學電池的原理，是把上一課學過的自發氧化還原反應分開在兩個電極進行：失電子的氧化反應在一極發生，得電子的還原反應在另一極發生，電子經外電路流動，便形成電流，化學能於是轉換成電能。
2電子只在外電路流動，不會穿過溶液。電池內部靠離子移動接通電路：簡單化學電池用兩種活潑性不同的金屬浸在電解質中，較活潑的金屬作負極，失去電子被氧化；較不活潑的金屬作正極，溶液中的物種在其表面得到電子被還原。金屬的活潑性可按電化序比較，電化序愈高的金屬愈容易失電子。
3較精確的金屬－金屬離子半電池裝置，用鹽橋或多孔裝置連接兩個半電池。鹽橋的作用有二：讓離子在兩個半電池之間遷移，保持溶液電中性；同時接通內電路，令電流持續。沒有鹽橋，電荷迅速積聚，反應便會停止，電流隨之中斷。
4電解是倒過來的過程：用電能驅動不能自發進行的氧化還原反應，把電能轉成化學能。電解池由電源、電極和電解質組成，接電源負極的是陰極，發生還原反應；接電源正極的是陽極，發生氧化反應。電解熔融的溴化鉛時，鉛離子在陰極得電子變成熔鉛，溴離子在陽極失電子變成紅棕色的溴蒸氣。
5電解水溶液時，可能有多種離子競爭放電，產物由離子優先放電次序決定，與電化序和離子濃度有關。電解的應用遍及工業：電鍍令物件表面披上防鏽美觀的金屬層，提取活潑金屬如鋁亦要靠電解熔融礦石；乾電池、鉛酸蓄電池和氫氧燃料電池，則是化學電池在生活中的化身。
1重點摘要 Summary
化學電池把自發氧化還原反應分開在兩極進行，化學能轉成電能，電子經外電路由負極流向正極；電解則用電能驅動非自發反應，陰極發生還原、陽極發生氧化，產物由離子優先放電次序決定。
2生字卡 Vocabulary
把自發氧化還原反應的化學能轉成電能的裝置。
用電能驅動非自發氧化還原反應，把電能轉成化學能的過程。
與電解質或溶液接觸、發生氧化或還原反應的導體。
電解池中接電源負極的電極，發生還原反應。
電解池中接電源正極的電極，發生氧化反應。
熔融或溶於水時能導電的物質，靠離子移動傳導電流。
連接兩個半電池的裝置，讓離子遷移以維持電中性並接通內電路。
一個電極連同其電解質組成的部分，只承擔氧化或還原一方反應。
金屬（及其離子）按活潑性或得失電子傾向排列的次序，用於比較電極反應。
用電解把一層金屬鍍在物件表面的技術，待鍍物件作陰極。
3逐步講解 Steps
- 第一步：化學電池把反應拆成兩半化學電池的核心構思，是讓自發氧化還原反應的兩半分開進行：氧化在負極失電子，還原在正極得電子，電子經外電路流動形成電流。舉個例子：把鋅片和銅片插進檸檬汁這類電解質，燈泡便會發光，因為鋅失電子的反應與溶液中離子得電子的反應被分在兩片金屬上進行。這個設計把化學能直接變成電能，避免了能量以熱的形式白白散失，是電池工業的科學基礎。
- 第二步：鋅銅電池的電子流向在鋅銅電池中，先按電化序比較活潑性：鋅高於銅，鋅較易失電子，故鋅片是負極，銅片是正極。負極反應是 Zn → Zn²⁺ + 2e⁻（氧化）；正極上溶液中的物種得到電子被還原。舉個例子：檸檬汁含氫離子，氫離子在銅片表面得電子放出氫氣。電子由鋅片經導線流向銅片，電流方向則相反。答題時寫清楚「電子由負極經外電路流向正極」，並分別寫出兩極反應，是標準的得分步驟。
- 第三步：鹽橋與半電池的作用金屬－金屬離子半電池把金屬浸在含該金屬離子的溶液中，兩個半電池用鹽橋或多孔裝置連接。鹽橋的職責是讓離子遷移：正極一邊因陽離子被消耗或陰離子積聚而帶電，鹽橋中的離子便移過來補充，維持溶液電中性。舉個例子：若抽走鹽橋，燈泡不久便熄滅，因為電荷積聚令反應停止。鹽橋並非讓電子通過——電子只走外電路；離子走內電路，兩條路徑分工合作，電流才能持續。
- 第四步：電解是倒轉的反應電解用電能推動不能自發進行的反應，把電能轉成化學能。電解池接電源負極的電極是陰極，發生還原；接正極的是陽極，發生氧化。記法：陰極得電子，陽極失電子。舉個例子：把兩支碳棒浸進熔融溴化鉛，接上直流電源，鉛離子游向陰極，得電子變成金屬鉛；溴離子游向陽極，失電子變成溴蒸氣。判斷電極名稱時，先看它接電源的哪一極，再看反應得失電子，兩者核對便不會錯。
- 第五步：電解熔融化合物熔融的離子化合物只有一種陽離子和一種陰離子，產物最容易判斷。以電解熔融 PbBr₂ 為例：陰極 Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb，得銀灰色熔鉛；陽極 2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻，放出紅棕色溴蒸氣。舉個例子：工業提取活潑金屬鋁，就是把氧化鋁熔融後電解，鋁離子在陰極變成鋁金屬，因為鋁非常活潑，碳還原力有不及，唯有電解才能把它還原出來。這類題目要寫出兩極半反應式與觀察所得，三樣齊全才有滿分。
- 第六步：水溶液電解與優先放電電解水溶液時，水中也有氫離子和氫氧根離子，可能與溶質離子競爭放電，產物由優先放電次序決定。一般規律：陰極上，電化序較低（較不活潑）的金屬離子先放電，若只有鉀、鈉、鈣、鎂、鋁等極活潑金屬的離子，則氫離子放電放出氫氣；陽極上，鹵素離子先於氫氧根離子放電，得鹵素；若溶液只含硝酸根、硫酸根等離子，則氫氧根離子放電放出氧氣。舉個例子：電解稀硫酸銅溶液，陰極得銅，陽極得氧氣，藍色隨銅離子減少而變淡。
- 第七步：電鍍與身邊的電池電鍍是電解的直接應用：待鍍物件作陰極，鍍層金屬作陽極，電解質含鍍層金屬的離子。舉個例子：電鍍銅時，物件接陰極，銅片接陽極，陰極上 Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu 沉積成光滑銅層，陽極銅不斷溶解補充銅離子，銅層既美觀又防鏽。生活中的電池也是本課主角：乾電池方便攜帶，鉛酸蓄電池用於汽車，氫氧燃料電池把氫與氧反應的化學能直接變成電能，產物只有水，是潔淨能源的重要方向。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
科展作品：鋅片與銅片插進檸檬製成水果電池，外接導線和電流計；另用碳棒電解熔融 PbBr₂。試指出電池的電子流向與兩極反應，並寫出電解的陰陽極產物；最後說明若要在鐵匙上電鍍銅，鐵匙應接哪一極。
- 比較電化序：鋅高於銅，鋅較易失電子，故鋅片是負極（Zn → Zn²⁺ + 2e⁻），銅片是正極，電子由鋅片經導線流向銅片。
- 檸檬汁中的氫離子在銅片表面得電子被還原，放出氫氣；內電路由離子移動接通。
- 電解熔融 PbBr₂：陰極 Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb，得銀灰色熔鉛；陽極 2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻，放出紅棕色溴蒸氣。
- 電鍍銅時，鐵匙必須接陰極，讓 Cu²⁺ 得電子在其表面沉積成銅層；銅片接陽極不斷補充銅離子。
- 答案：鋅銅電池中，鋅是負極，電子由鋅片經外電路流向銅片，氫離子在銅片被還原；電解熔融 PbBr₂ 時，陰極得熔鉛、陽極得溴蒸氣；電鍍銅須把鐵匙接陰極，銅片接陽極。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1化學電池與電解池的能量轉換分別是甚麼？
Q2鋅銅電池中，電子經外電路流向哪一片金屬？負極是哪種金屬？
Q3鹽橋在化學電池中有哪兩個作用？
Q4電解熔融 PbBr₂ 時，陰極和陽極分別得到甚麼產物？
Q5要在鐵匙表面電鍍銅，鐵匙應接哪一極？電解質須含甚麼離子？
8重點回顧 Recap
- 化學電池：自發氧化還原分兩極進行，化學能轉電能，電子由負極經外電路流向正極。
- 鹽橋讓離子遷移，維持電中性並接通內電路；電子不走鹽橋。
- 電解：電能轉化學能；陰極（接負極）還原，陽極（接正極）氧化。
- 電解水溶液時產物由離子優先放電次序決定；活潑金屬須電解熔融礦石提取。
- 電鍍時待鍍物件作陰極，鍍層金屬作陽極，電解質含鍍層金屬離子。