硫酸铜溶液的电解

硫酸铜溶液的电解，是显示电解并非一成不变的实验，产物取决于存在哪些离子，尤其取决于电极材料。它出现在中五氧化还原平衡一章里，因为它解释了选择性放电，并为铜的提纯与电镀打下基础。

请把下面两个版本都做一遍、加以比较，再练习试卷三的答案。

目的

分别用碳（惰性）电极与铜电极电解硫酸铜溶液，辨认每支电极处的产物，并解释电极材料的影响。

仪器与材料

• 烧杯或电解池
• 两支碳（石墨）电极与两支铜电极
• 电池或直流电源、电流计、开关与连接导线
• 硫酸铜溶液
• 试管与木条（用于气体检验）
• 安全护目镜

步骤

1. 把硫酸铜溶液倒入烧杯。
2. 装上两支碳电极，经开关、电流计与电池连接。
3. 合上开关，让电流通过数分钟。
4. 观察每支电极，并记录溶液颜色的任何变化。
5. 在试管中收集阳极释出的气体，用带火星的木条检验。
6. 断开开关，然后把碳电极换成两支铜电极。
7. 重复步骤 3 与 4，观察阳极、阴极与溶液的颜色。
8. 把两套电极的所有观察记录在表中。

预期观察

• 用碳电极时：阴极上沉积棕（偏红）色固体；阳极释出气泡，使带火星的木条复燃，显示是氧气；溶液的蓝色逐渐变淡。
• 用铜电极时：阴极镀上新的铜、显得更厚；铜阳极溶解、变薄；溶液的蓝色大致保持不变。

请描述沉积物、气体与溶液的颜色；不要编造增加的质量或气体的体积。

推断与结论

用惰性碳电极时，产物由选择性放电决定。溶液在阴极处含有铜(II)离子与氢离子；铜(II)在电化学序中位置较低，所以优先放电，铜经还原沉积。

在阳极，氢氧根离子优先于硫酸根离子放电，氧气经氧化释出。因为铜离子被移走而没有补充，蓝色变淡。

用铜电极时，阴极反应相同，但铜阳极自身被氧化并溶解，把铜(II)离子以在阴极沉积的相同速度送回溶液。铜(II)离子的浓度、因而蓝色，保持不变。

两种情形里，还原都在阴极进行、氧化都在阳极进行，所以电解是一个氧化还原过程；区别在于铜阳极参与反应，而碳阳极不参与。

科学过程技能（试卷三风格）

• 假设。 「所用电极的种类会改变硫酸铜溶液电解的产物，尤其是阳极处的反应。」要陈述一个可检验的关系。
• 变量。 操纵变量是电极的种类（碳或铜）；反应变量是每支电极处的变化与溶液的颜色；固定变量是溶液的浓度与体积、电流、时间与电极的大小。
• 列表记录数据。 用列出电极材料、阴极观察、阳极观察与颜色变化的表格，让两种情形并列。
• 作出推断。 从碳电极时阳极出氧气、阴极出铜，推断氢氧根与铜(II)离子优先于硫酸根与氢离子放电。
• 操作性定义。 「惰性电极是传导电流但本身不参与反应的电极，这里由碳在阳极给出氧气、而铜则改为溶解所显示。」

安全须知

• 佩戴安全护目镜，因为硫酸铜溶液具刺激性，溅入眼睛会造成伤害。
• 让气体检验远离其他火焰，因为释出的氧气强烈助燃。
• 只使用低压直流电源并保持双手干燥，以免触电。
• 把硫酸铜溶液倒入贴有标签的废液容器，因为它含有对环境有害的铜离子。

常见错误

• 让电极相碰，使电池组短路，没有正常放电发生。
• 用点燃的、而非带火星的木条检验阳极气体，混淆了氧气的检验。
• 报告用铜电极时蓝色变淡；其实蓝色保持不变，因为阳极补回了铜离子。
• 在铜电极情形中弄混哪支电极增重、哪支减重。
• 使用非常浓或不寻常的溶液，可能改变放电的离子、给出意外的产物。

我们如何协助

在我们以英文授课的在线一对一 SPM化学课里，老师会把两个版本并排放好，让你能用一段清楚的文字解释：为什么电极材料决定了阳极反应与蓝色的去留。学费由每小时 RM50 起，一节收费的一小时试课让你先看看这个对比是怎样讲授的再报读。

因为这个实验正是 SPM化学 里别处铜提纯与电镀的直接基础，在这里把选择性放电的推理掌握好，会在试卷二与试卷三整个电化学主题里给你回报。