電化學
電池
電解
伏打電池裝置
鹽橋
裝有強電解質的 U 型管
陽極
氧化反應
負極
陰極
還原反應
正極
透過陰陽離子維持兩測溶液電中性
表示方法
以 || 表示鹽橋；以 | 分隔不同相界面
最左與最右側為兩電極
電壓
還原電位
導線
電子因兩側電位能差驅動，流動產生電能
透過和參考電極組成的電池電壓計算
電池電壓
陰極和陽極的還原電位差
E電池=Ered(陰極)−Ered(陽極)
還原電位高者為陰極；還原電位低者為陽極
標準狀態(電化學)
氣壓 1bar，電解質濃度 1M
半電池電位為標準電位(E°)
常以標準氫電極(SHE)為參考電極
以鉑為電極
定此時半反應電位為 0V
氧化電位
負的還原電位(反應式逆寫)
還原電位高者為強氧化劑；還原電位低者為強還原劑
不受反應式係數影響
E°>0 為自發性反應
E°<0 為非自發性反應
常見電池裝置
碳鋅電池(乾電池)
鹼性電池
鉛蓄電池(鉛酸電池)
鋰電池
燃料電池
電壓
構成
陽極：鋅殼
陰極：石墨棒
電解質：二氧化錳、氯化銨、氯化鋅、碳粉、澱粉、水
1.5V
特色
氯化銨水溶液會腐蝕鋅殼
壽命不長、不使用時應取出
構成
陽極：鋅粉
陰極：石墨棒
電解質：二氧化錳、氫氧化鉀、碳粉、澱粉、水
電壓
略高於1.5V
特色
短時間內可放出較高電流；較穩定
構成
陽極：鉛
陰極：二氧化鉛
電解質：37℅稀硫酸
電壓
特色
用於機、汽車
可直接以逆反應充電
2.0V，常串聯至 12V
構成
陽極：燃料
陰極：氧氣
電解質：氫離子(酸性)或氫氧根離子(鹼性)
電壓(氫氧電池)
酸鹼條件下均為 1.23V
特色
能量轉換效率高
氫氣的製造與儲存技術仍在發展
構成
陰極：鋰鈷氧化物或鋰錳氧化物
陽極：石墨中插入鋰離子
電解質：含鋰的有機溶液
電壓
約 4.2V
特色
可重複充電
液態電解質有爆炸可能
可透過燃料添加維持電力
電解槽裝置
電解液
反應的溶液
陽極
氧化反應
正極
陰極
還原反應
負極
還原電位者優先進行
氧化電位高者優先進行
惰性電極
若使用，則水溶液中的水也可能參與反應
不會參與反應的電極
石墨、鉑棒
應用
鹼氯工業
隔膜法
陽離子隔膜只允許陽離子通過
避免陰陽極產物接觸而發生反應
助熔劑
常用氯化鈣
可將熔點自 800℃降至580℃
金屬純化
氧化電位較高的金屬雜質
形成陽離子停留在電解液中
氧化電位較低的金屬雜質
沉積為陽極泥
多含可回收的貴金屬
電解飽和食鹽水以製備產物的化學工業
電鍍
裝置
陰極：擬鍍物
陽極：擬鍍金屬
電解液：含擬鍍金屬離子
功能
美觀
減緩金屬變質
陰極保護
利用電池連接欲保護物和氧化電位大的金屬
陽極：氧化電位較大的金屬被腐蝕
陰極：欲保護金屬易進行還原反應
應用
船底、橋墩、地下電路、離岸設施、混凝土鋼鐵結構
無電電鍍
藉由還原劑將擬鍍金屬還原在被鍍物表面
不須外加電流
不受材質和導電鍍限制
應用：銀鏡反應
法拉第電解定律
第一電解定律
\(m\,\varpropto \,Q = I \times t\)
第二電解定律
\(m\,\varpropto\, \dfrac{M}{n}\)
產物質量 正比於 電量
產物質量 正比於 分子量除以電荷變化量
綜合公式
\( m = \dfrac {M \times Q}{n \times F} \)
總電子莫耳數 = \(\dfrac{Q}{F} = \dfrac{I\times t}{F} = \dfrac{nm}{M}\)
F 為法拉第常數，96500 c/mol