【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第四章電離學(xué)說?

§4-8電解

【01】在前面幾節(jié)里，我們扼要介紹了電離學(xué)說的主要內(nèi)容，并應(yīng)用電離學(xué)說，從本質(zhì)上闡述了電解質(zhì)在溶液里所進(jìn)行的離子間的反應(yīng)。在這一節(jié)里，我們將再應(yīng)用電離學(xué)說，研究一下當(dāng)電流通過電解質(zhì)溶液時(shí)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，以及這種化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)上的實(shí)際應(yīng)用。

【02】根據(jù)電離學(xué)說，電解質(zhì)溶解于水后，它的分子或多或少地電離成為帶正電荷的陽(yáng)離子和帶負(fù)電荷的陰離子，這些離子在溶液里自由地、雜亂地運(yùn)動(dòng)著（圖4·2(a)）。

【03】如果在電解質(zhì)溶液里插入兩根碳棒（或金屬板），分別用金屬導(dǎo)線和電池（或其他直流電源）的兩個(gè)電極相連接。這時(shí)電解質(zhì)溶液里離子的運(yùn)動(dòng)，立刻變得很有秩序：帶負(fù)電荷的陰離子向著那根和電池正極相連接的碳棒（我們稱做陽(yáng)極）移動(dòng)；帶正電荷的陽(yáng)離子向著那根和電池負(fù)極相連接的碳棒（我們稱做陰極）移動(dòng)（參看圖4·2(b)）。當(dāng)陰離子接觸到陽(yáng)極時(shí)，它把多余的電子，遞給了陽(yáng)極（因陽(yáng)極是電子缺乏的一極），變成不帶電荷的中性原子；當(dāng)陽(yáng)離子接觸到陰極時(shí)，從陰極獲得了它所缺少的電子（因陰極是電子過剩的一極），也變成不帶電荷的中性原子。帶電荷的物質(zhì)失去它所帶電荷的作用，叫做放電。

【04】現(xiàn)在我們舉氯化銅CuCl?溶液為例，來說明當(dāng)電流通過電解質(zhì)溶液時(shí)，溶液里的離子在兩個(gè)電極上所發(fā)生的放電作用。

【05】在氯化銅溶液里，氯化銅的分子電離成為帶正電荷的Cu??離子和帶負(fù)電荷的Cl?離子：

【06】通電時(shí)，溶液里的Cu??離子移向陰極，最后在陰極上取得2個(gè)電子變成不帶電荷的銅原子。Cu??離子在陰極上的放電作用可用下式表示：

【07】由此生成的銅原子，附著在陰極表面上。經(jīng)過一定時(shí)間后，在陰極上就能形成一層銅的薄層。

【08】同時(shí)，溶液里的Cl?離子移向陽(yáng)極，在陽(yáng)極上放出它所多余的電子，變成不帶電荷的氯原子。以后，每2個(gè)氯原子又相互結(jié)合成為氯分子，從陽(yáng)極放出Cl?離子在陽(yáng)極上的放電作用可用下式表示：

【09】把上述(1)、(2)、(3)、(4)四個(gè)式子加在一起，并加以簡(jiǎn)化后，就可以看出當(dāng)電流通入氯化銅溶液時(shí)所起化學(xué)反應(yīng)的總的結(jié)果是：

【10】很顯然，這個(gè)反應(yīng)是屬于分解反應(yīng)類型的。象這樣由于電流的作用而引起的分解反應(yīng)，稱做電解。

【11】氯化銅溶液的電解產(chǎn)物，很容易從下述實(shí)驗(yàn)觀察得到。實(shí)驗(yàn)裝置如圖4·3所示：在一個(gè)U形管里裝入氯化銅溶液，用兩根石墨棒做電極，分開插入U(xiǎn)形管的氯化銅溶液里。然后接通直流電源，不久就可看到陰極表面上沉積有一層赭紅色的銅的薄層；陽(yáng)極上附有許多微小的氣泡，并逐漸有氣體放出，如果用一條蘸過淀粉碘化鉀溶液的濾紙放在B管管口，濾紙立即顯現(xiàn)很深的藍(lán)色，證明B管處有氯氣放出【氯氣和濾紙上的碘化鉀反應(yīng)，使碘游離出來，它立即跟淀粉反應(yīng)而產(chǎn)生深藍(lán)色】。

【12】在第一冊(cè)§2-14里講到電解水時(shí)【山注，化1-2-14，傳送門CV20430810】，在兩個(gè)電極(鉑片)上分別放出氫氣和氧氣。因?yàn)樗菢O弱的電解質(zhì)，它的導(dǎo)電能力很差，所以在電解水時(shí)，常在水里加入少量的硫酸（或氫氧化鈉）。這樣，溶液里除了含有由水電離生成的少量的H?離子和OH?離子外，還含有由硫酸電離生成的H?離子和SO???離子（如果加入的是NaOH，則含有Na?離子和OH?離子）。當(dāng)通入電流時(shí)，溶液里帶負(fù)電荷的OH?離子和SO???離子都向陽(yáng)極方向移動(dòng)，但由于OH?離子比SO???離子更加容易放出它所多余的電子，因此實(shí)際上只有OH?離子在陽(yáng)極上放出電子，變成不帶電的OH原子團(tuán)。這種不帶電的OH原子團(tuán)是極不穩(wěn)定的，它生成后立刻分解放出氧氣，從陽(yáng)極放出；溶液里帶正電荷的H?離子，向陰極方向移動(dòng)，并在陰極上獲得它所缺乏的電子，變成不帶電荷的氫原子，然后，每2個(gè)氫原子又結(jié)合成為氫分子，從陰極放出（如果加入的是NaOH，溶液還有帶正電荷的Na?離子，它雖也向陰極移動(dòng)，但由于它比H?離子難結(jié)合電子，因此它實(shí)際上不能在陰極上放電）。電解水的全部反應(yīng)可以用如下化學(xué)方程式來表示：

【13】把上面三個(gè)式子加在一起，簡(jiǎn)化后得：

【14】這就是電解水的總的化學(xué)方程式【從這個(gè)方程式可以看出，在電解含有少量硫酸或氫氧化鈉的水時(shí)，溶液里的硫酸或氫氧化鈉并不被電解】。

【15】電解在工業(yè)上的應(yīng)用很廣，它可以用來制取某些活潑的金屬。例如，電解熔融狀態(tài)的氫氧化鈉時(shí)，可以制得金屬鈉（詳見第三冊(cè)第二章）；電解熔融狀態(tài)的氧化鋁時(shí)，可以制得金屬鋁（詳見第三冊(cè)第四章）等等。

【16】電解某些化合物的溶液，可以制得許多重要的工業(yè)原料。例如，電解食鹽溶液可以得到氯氣、氫氣和氫氧化鈉三種產(chǎn)物，它們都是化學(xué)工業(yè)上的重要原料。

【17】利用電解的方法，還可以在某些金屬的表面上涂上一層在空氣里不容易發(fā)生變化的金屬，例如鍍鎳、鍍銀、鍍金等。這樣，不僅可以保護(hù)金屬，防止它在空氣里發(fā)生銹蝕，而且可以增加美觀。這種方法在工業(yè)上叫做電鍍。

【18】電鍍的原理和操作方法，和前述的電解基本上是一樣的。

【19】例如在銅器上鍍銀時(shí)，先把一塊銀板和待鍍的銅器②（例如銅匙）一起浸在硝酸銀溶液里。【待鍍的銅器必須先放在堿溶液里煮沸，以除去表面油污，再浸在酸溶液里，以除去表面的氧化物.然后再用清水沖洗干凈，方能應(yīng)用】【用硝酸銀做電解液時(shí)，陰極上銀析出太快，致使鍍面不均勻.為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，通常在硝酸銀溶液里加入少量的氰化鉀溶液.剛加氰化鉀溶液時(shí)，有白色沉淀產(chǎn)生，繼續(xù)加入，沉淀就會(huì)溶解，這樣就制得了鍍銀的電解液】銀板和直流電源的正極相連；待鍍的銅器和直流電源的負(fù)極相連（圖4·4）。硝酸銀是一種電解質(zhì)，它在溶液里電離生成Ag?離子和NO??離子。當(dāng)通電時(shí)，Ag?離子移向陰極（銅器），并在陰極上放電變成銀原子，附著在銅器的表面上，形成一層很薄的、致密覆蓋著的銀層；NO??離子移向陽(yáng)極（銀板），但是NO??離子很不容易放出它所多余的電子，因此陽(yáng)極所需的電子，將不能從NO??離子的放電而取得，而是通過陽(yáng)極（銀板）本身的溶解而取得。即

【20】因此，在銅器上鍍銀時(shí)兩極上所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是：

【21】(1)Ag?離子在陰極（銅器）上放電：

【22】產(chǎn)生的銀沉積在陰極表面上。

【23】(2)陽(yáng)極（銀板）溶解，并以Ag?離子的形式進(jìn)入溶液：

【24】這樣就補(bǔ)償了溶液里因在陰極上放電而減少的Ag?離子，使溶液里的硝酸銀濃度保持恒定不變。

【25】由此可以看出，電鍍銀的總的反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是：作為陽(yáng)極的銀通過電解質(zhì)溶液，鍍?cè)谧鳛殛帢O的銅器表面上，即：

【26】利用電解的方法還可以把粗銅精煉成為純銅。

【27】用一塊薄的純銅板做陰極，一塊厚的粗銅板做陽(yáng)極，把它們一起浸在硫酸銅溶液里，然后通電。溶液里的Cu??離子移向陰極并在陰極上放電：

【28】產(chǎn)生的銅逐漸沉積在陰極上，使純銅板漸漸變厚。

【29】同時(shí)，溶液里的SO???離子移向陽(yáng)極，由于SO???離子很不容易放出它所多余的電子，因此陽(yáng)極所需的電子，將通過陽(yáng)極（粗銅）本身的溶解而獲得。即

【30】和前述電鍍銀的情況相似，在電解過程中，陽(yáng)極（粗銅板）逐漸溶解，陰極（純銅板）則由于銅的不斷沉積而逐漸變厚，而電解質(zhì)溶液硫酸銅的濃度則保持不變。因此，精煉銅的總的反應(yīng)是：

【31】這樣所得的銅，稱做電解銅，它的純度達(dá)99.99%，可以用來制造電線、電纜等導(dǎo)電用具【銅中如有雜質(zhì)，它的導(dǎo)電能力就會(huì)減低，因此制造電線、電纜等導(dǎo)電用具，必須用電解銅】。

習(xí)題4-8

1、在通入電流以前和通入電流以后，電解質(zhì)溶液里離子運(yùn)動(dòng)狀況有什么不同？

2、什么叫做電解？電解和電離有什么區(qū)別？

3、電解鹽酸溶液時(shí)，陽(yáng)極上和陰極上的產(chǎn)物各是什么？寫出它們所起反應(yīng)的化學(xué)方程式。

4、鍍銀和精煉銅時(shí)為什么電解質(zhì)溶液的濃度一直保持恒定不變？

5、電鍍時(shí)，待鍍的金屬器皿應(yīng)該和直流電源的正極相連接呢？還是和負(fù)極相連接？為什么？

6、在電解氯化銅溶液時(shí)，如果陰極上有0.01克原子銅析出時(shí)，陽(yáng)極上將有多少毫升氯氣放出（假定生成的氯氣全部放出，并在標(biāo)準(zhǔn)狀況下）？【224毫升】