熔融离子化合物能导电,因为离子可以自由移动;阳离子在阴极被还原,阴离子在阳极被氧化。对熔融溴化铅(II)而言,PbBr2(l) 在阴极生成 Pb(l)、在阳极生成 Br2(g)。
熔融化合物的电解,是指当直流电通过熔融的离子化合物时,把它分解成组成元素的过程。这是中五氧化还原的课题,在客观题和结构题里都会出现,所以你必须掌握半反应式、所需条件,以及两个电极上的现象。
为什么熔融化合物能导电
离子化合物由正离子和负离子组成的巨型晶格构成。在固态时,离子被锁在固定位置、无法移动,所以固态离子化合物不能导电。
当化合物被加热到熔化,晶格瓦解,离子变得可以自由移动。正是这些自由移动的离子把电荷载送到电极,使电解得以发生。
配平方程式(熔融溴化铅(II))
熔融溴化铅(II),PbBr2,是中五的标准例子,因为它的熔点用本生灯就能达到。使用碳(石墨)电极。
- 在阴极(负极),铅(II)离子被吸引、获得电子、被还原: Pb2+(l) + 2e- → Pb(l)
- 在阳极(正极),溴离子被吸引、失去电子、被氧化: 2Br−(l) → Br2(g) + 2e-
总反应为:
PbBr2(l) → Pb(l) + Br2(g)
第二个常见例子是熔融氯化钠:
- 阴极:Na+(l) + e- → Na(l)
- 阳极:2Cl−(l) → Cl2(g) + 2e-
- 总反应:2NaCl(l) → 2Na(l) + Cl2(g)
请注意,对熔融化合物来说选择很简单:溶液里只有金属阳离子和非金属阴离子,所以金属总是在阴极析出,非金属气体(或蒸气)在阳极释出。没有水、也没有竞争的离子,因此熔融电解比水溶液电解更容易预测。
所需条件
- 化合物必须处于熔融状态(加热到熔化),离子才能自由移动。
- 接上**直流电(d.c.)**电源,因为电极必须保持固定的正、负身份。
- 使用惰性电极,通常是碳,使电极本身不参与反应。
现象
- 在阴极,灰色发亮的熔融铅珠形成并聚集在底部(钠则得到柔软的灰色金属)。
- 在阳极,释出红棕色的溴气(氯化物则见到黄绿色、有刺激性气味的气体)。
- 随着化合物分解,电解质的液面慢慢下降。
在 SPM 考试中的出现方式
在 试卷一 (4541/1) 里,你可能被要求辨认某一指定电极上的产物,或补全一条半反应式。在 试卷二 (4541/2) 里,结构题通常给你一种熔融化合物,要你写出每个电极的半反应式、说出现象,并解释为什么化合物只有在熔融时才导电。
考官常再加一小题「预测产物」,用你没见过的化合物来测试你是否理解阳离子走向阴极、阴离子走向阳极。半反应式里务必写出电子并使电荷平衡;即使产物正确,电荷不平衡的半反应式也会失分。
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