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    在前面幾節(jié)里,我們扼要介紹了電離學說的主要內容,并應用電離學說,從本質上闡述了電解質在溶液里所進行的離子間的反應.在這一節(jié)里,我們將再應用電離學說,研究一下當電流通過電解質溶液時所發(fā)生的化學反應,以及這種化學反應在工業(yè)生產上的實際應用。

    根據電離學說,電解質溶解于水后,它的分子或多或少地電離成為帶正電荷的陽離子和帶負電荷的陰離子,這些離子在溶液里自由地、雜亂地運動著(圖4·2(a)）

    如果在電解質溶液里插入兩根碳棒(或金屬板),分別用金屬導線和電池(或其他直流電源)的兩個電極相連接.這時電解質溶液里離子的運動,立刻變得很有秩序:帶負電荷的陰離子向著那根和電池正極相連接的碳棒(我們稱稱做陽極)移動;帶正電荷的陽離子向著那根和電池負極相連接的碳棒(我們稱做陰極)移動(參看圖4·2(b).當陰離子接觸到陽極時,它把多余的電子,遞給了陽極(因陽極是電子缺乏的一極),變成不帶電荷的中性原子;當陽離子接觸到陰極時,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.帶電荷的物質失去它所帶電荷的作用,叫現在我們舉氯化銅(CuC12)溶液為例,來說明當電流通過做放電。

    現在我們舉氯化銅（CUC12）溶液為例，來說明當電流通過電解質溶液時,溶液里的離子在兩個電極上所發(fā)生的放電作

用。

    在氯化銅溶液里,氯化銅的分子電離成為帶正電荷的Cu++離子和帶負電荷的Cl-離子：

CUC12==CU+++2C1-

通電時,溶液里的Cut+離子移向陰極,最后在陰極上取得2個電子變成不帶電荷的銅原子.Cut+離子在陰極上的放電作用可用下式表示:
Cu+++2e=Cu

由此生成的銅原子,附著在陰極表面上。經過一定時間后,在陰極上就能形成一層銅的薄層。
    同時,溶液里的CIT離子移向陽極,在陽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個氯原子又相互結合成為氯分子,從陽極放出,CI廠離子在陽極上的放電作用可用下式表示:
2C1-=2C1+2E (3)

 2C1=C12↑  （4）

    把上述(1)、(2)、(3)、(4)四個式子加在一起,并加以簡化后,就可以看出當電流通入氯化銅溶液時所起化學反應的總的結果是:
電流
CuCl2=電流=Cu(沉積在陰極上)+Cl2↑(自陽極放出)

 很顯然,這個反應是屬于分解反應類型的的.象這樣由于電流的作用而引起的分解反應,稱做電解。
     氯化銅溶液的電解產物,很容易從下述實驗觀察得到.實驗裝置如圖4·3所示:在一個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;陽極上附有許多微小的氣泡,并逐漸有氣體放出,如果用一條過淀粉碘化鉀溶液的濾紙放在B管管口,濾紙立即顯現很深的藍色,證明B管處有氯氣放出①。

    之前講到電解水時,在兩個電極小的氣泡(鉑片)上分別放出氫氣和紅色的氧氣.因為水是極弱的電的薄晨解質,它的導電能力很很差,所以在電解水時,常在水里加入少量的碗硫酸(或氫CC2溶液氧化鈉).這樣,溶液里除了含有由水電離生成的少圖4·3電解氯化銅溶液的實驗量的H十離子和OH離子外,還含有由硫酸電離生成的互離子和SO4--離子(如果加入的是NaOH,則含有Na+離子和OH離子).當通入電流時,溶液里帶負電荷的OH離子和

SO4--離子都向陽極方向移動,但由于OH--離子比SO4--離子更加容易放出它所多余的電子,因此實際上只有OH離子在陽極上放出電子,變成不帶電的OH原子團,這種不帶電的OH原子團是極不穩(wěn)定的,它生成后立刻分解放出氧氣,從陽極放出;溶液里帶正電荷的H+離子,向陰極方向移動,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個氫原子又結合成為氫分子,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,但由于它比H離子難結合電子,因此它實際上不能在陰極上放電).電解水的全部反應可以用如下化學方程式來表示：

 

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①氯氣和濾紙上的碘化鉀反應,使碘游離出來,它立即跟淀粉反應而產生深藍色。

 

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這就是電解水的總的化學方程式①。
    電解在工業(yè)上的應用很廣,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,可以制得金屬鈉(詳見第三冊第二章);電解熔融狀態(tài)的氧化鋁時,可以制得金屬鋁(詳見第三冊第四章)等等。
    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物,它們都是化學工業(yè)上的重要原料。
    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、鑊銀、鍍金等這樣,不僅可以保護金屬屬,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。
   電鍍的原理和操作方法,和前述的電解基本上是一樣的。
   例如在銅器上鍍銀時,先把一塊銀板和待鍍的銅器②(例如銅匙)

 

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①從這個方方程式可以看出,在電解含有少量硫酸或氫氧化鈉的水時,溶液里的硫酸或氫氧化鈉并不被電解。

②待鍍的銅器必須先放在堿溶液里煮沸,以除去表面油污,再浸在酸溶液除去表面的氧化物.然后再用清水沖洗干凈,方能應用。

 

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一起浸在硝酸銀溶液①里.銀板和直流電源的正極相連;待鍍的銅器4·4).硝酸銀是一種電解質,接電源的負極和直流電源的負極相連(圖4.4）硝酸銀是一種電解質，它在溶液里電離生成Ag+離子和NO3-離子.當通電時,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;NO5離子移向陽極(銀板),但是NO5離子很不容易放出它所多余的電子,因此陽極所需的電子,將不能從NO8離子的放電而取得而是通過陽極(銀板)本身的溶解,即

Ag=Ag+e

因此,在銅器上鍍銀時兩極上所發(fā)生的化學反應是

(1)Ag+離子在陰極(銅銅器)上放電

Ag++e=Ag

產生的銀沉積在陰極表面上。

(2)陽極(銀板)溶解,并以Ag離子的形式進入溶液:

Ag=Ag++e

這樣就補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。

    由此可以看出,電鍍銀的總的反應的實質是:作為陽陽極的銀通過電解質溶液;鍍在作為陰極的銅器表面上,即:

‍Ag(陽極溶解)  =   Ag(沉積在陰極表面)

    利用電解的方法還可以把粗銅精煉成為純銅。
    用一塊薄的純銅板做陰極,一塊厚的粗銅板做陽極,把它們一起浸在硫酸銅溶液里,然后通電,溶液里的Cut+離子移向陰極并在陰極上放電：

 

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①用硝酸銀做電解液時,陰極上銀析出太快,致使鍍面不均勻.為了克服這個缺點,通常在硝酸銀溶液里加入少量的氯化鉀溶液.剛加氰化鉀溶液時,有自色沉淀產生,繼續(xù)加入,沉淀就會溶解,這樣就制得了鍍銀的電解液。

 

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‍Cu+++2e=Cu‍

產生的銅逐漸沉積在陰極上,使純銅板漸漸變厚.

    同時,溶液里的SO二離子移向陽極,由于SO離子很不容易放出它所多余的電子,因此陽極所需的電子,將通過陽極(粗銅)本身的溶解,即

Cu=Cu+++2e

而獲得。

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

Cu(陽極溶解) = Cu(沉積在陰極上)

   這樣所得的銅,稱做電解銅,它的純度達99.99%,可以用來制造電線、電纜等導電用具①。