电化学：把电解和电池讲清楚

电化学看起来吓人，因为它有两半，好像朝相反方向运作，电解把电推进化学物里去把它拆开，而化学电池却让一个反应产生电。一旦你看清这两者都不过是电子被导线引着走的氧化还原反应，整个课题就成了一幅清清楚楚的图。

这篇解说，就从头把这幅图画出来。

电解：用电强迫一个反应

电解是让电流通过熔融或水溶液状态的离子化合物，把它分解。导电的液体叫电解质，它能导电是因为它的离子现在可以自由移动。

两根叫电极的棒浸在里面：阴极接电源的负极，阳极接正极。这是氧化还原平衡这一章的核心，而它靠的是一条简单的吸引规则。

异性电荷相吸，所以：

• 阳离子（正离子）移向阴极，得到电子，被还原。
• 阴离子（负离子）移向阳极，失去电子，被氧化。

这真的就是你需要的全部机理了。剩下的，只是在有选择时决定哪一个离子起反应。

熔融化合物：简单的情形

当电解质是熔融化合物时，没有水，因而没有竞争，里面只有这化合物自己的离子。熔融溴化铅(II)是经典例子。

铅(II)离子去阴极，溴离子去阳极：

• 阴极：Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb（生成一颗灰色的熔融铅珠）
• 阳极：2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻（放出棕色的溴蒸气）

总变化是 PbBr₂ → Pb + Br₂。请注意，这是一个被分在两个电极上进行的氧化还原反应：阴极还原，阳极氧化，每次都如此。

水溶液：为什么会冒出「选择性放电」

水改变了一切。在水溶液里，水本身供出少量的 H⁺ 和 OH⁻ 离子，于是每个电极上如今都有两个候选者在争着被放电。

谁胜出，由你必须按顺序权衡的三个因素决定：

1. 在电化学序中的位置。 较不活泼元素的离子更容易被放电。在阴极，这意味着 Cu²⁺ 或 H⁺ 这类离子会比 Na⁺ 这类活泼离子优先；在阳极，OH⁻ 会优先于硫酸根被放电。
2. 离子的浓度。 某种离子浓度很高时，可以盖过电化学序。这就是为什么浓氯化钠在阳极给出氯气，即使按序本该是 OH⁻ 胜。
3. 电极的种类。 电极通常是惰性的（碳或铂），不参与反应。但像铜这样的活泼电极，可以在阳极自己溶解，而不是让某个离子被放电。

把水溶液的电解里的标准例子做一遍，规律很快就成了本能。譬如稀硫酸，你实际上是在电解水：阴极出氢气，阳极出氧气，体积比是 2 : 1。

铜电极：一个特别又有用的转折

用铜电极电解硫酸铜(II)，把第三个因素演示了出来，也解释了电镀和铜的提纯。活泼的铜阳极溶解，Cu → Cu²⁺ + 2e⁻，而在阴极铜被析出，Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu。

铜实际上是从阳极被搬到了阴极，这正是不纯的铜被提纯的办法，也是把物件镀上一层又薄又匀的铜的办法。

化学电池：反应倒着跑

**化学电池（伏打电池）**做的和电解相反：它不是用电去强迫一个反应，而是用一个自发的氧化还原反应去产生电。把两种不同的金属浸进电解质，再用导线连起来，电流就流动了。

原因是活泼性的差异。

较活泼的金属更容易失去电子，所以它被氧化，成为负极。这些电子经过外部导线走向较不活泼的金属，也就是正极，一路上做电功。

在锌铜电池里，锌是负极并缓慢溶解，铜是正极。你可以照着搭建简单伏打电池自己做一个。

这里有一个漂亮又会考的结论：两种金属在活泼性序中相距越远，电池产生的电压越大。镁铜电池的读数比锌铜电池高，因为镁和铜相距更远。

把两个观念一起握住

要把电解和电池分得清清楚楚，最干净的办法是记住它们能量的方向。电解：电能 → 化学变化，由外部电源驱动，用来把化合物拆开或给金属镀层。

化学电池：化学变化 → 电能，自发进行，用来产生电流。两者的内核都是氧化还原，一个电极氧化，另一个电极还原，不同的只是那股「推力」的来源。

让它「通」起来

别去背长长的电极产物清单。相反，对任何电解题，先说出在场的离子，把阳离子送去阴极、阴离子送去阳极，再按顺序套用那三个选择性放电因素。

对任何电池，找出较活泼的金属，把它叫做负极。用这个办法练上五六个例子，课题就落定了。

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