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第 7 章 · 電池と電気分解

项目 内容
シラバス项目 Ⅱ 3.(2) 電池、Ⅱ 3.(3) 電気分解
国内书对应 第 20 章（原电池与化学电源）、第 21 章（电解池与金属的腐蚀防护）
本章新内容的分量 ダニエル電池、実用電池的日文名称和电极反应、電解精錬、ファラデーの法則的日本写法；腐蚀防护不单列
过去问出现次数 20 回共 35 题（每回平均 1.8 次）

国内把原电池、电解池讲得很细，EJU 的差别主要在名称和电极反应的写法：ダニエル電池、鉛蓄電池、燃料電池、電解精錬这些日文术语要认识，电极反应要用日本写法（反应箭头 ->，电子 \ce{e-}），并且要会判断阴阳极和电子/离子的移动方向。本章把电池和电解放在一起，因为两者的电极反应正好相反。

7.1 与国内的对照

Section titled “7.1 与国内的对照”
シラバス小項目・術語（日文原文） 国内书位置 相同 / 讲法不同 / 国内没有 本章哪节讲
電気エネルギーと化学エネルギー，ダニエル電池 第 20 章 20.2–20.3 节 相同 + 讲法不同 7.2
実用電池（乾電池，鉛蓄電池，燃料電池など） 第 20 章 20.5–20.6 节 相同 + 讲法不同 7.3
電極反応，電気分解 第 21 章 21.2–21.4 节 相同 + 讲法不同 7.4
物質の変化量と電気量（ファラデーの法則），電解精錬 第 21 章 21.4、21.6 节 相同 + 讲法不同 7.5
金属の腐食と防食 第 21 章 21.5 节 国内有、EJU 不单列 不写正文，作选择题背景

7.2 ダニエル電池と電極反応

Section titled “7.2 ダニエル電池と電極反応”

说明

Section titled “说明”

宏观：把锌片插入硫酸锌溶液、铜片插入硫酸铜溶液，用盐桥连接两种溶液，用导线连接两块金属，就构成ダニエル電池（丹尼尔电池）。锌比铜活泼，锌失去电子被氧化，铜离子得到电子被还原，电子从锌经导线流向铜，产生电流。锌片是負極（负极），铜片是正極（正极）。

微观：锌原子失去电子变成 ZnX2+\ce{Zn^2+} 进入溶液（氧化）；溶液中的 CuX2+\ce{Cu^2+} 在铜片表面得到电子变成铜（还原）。盐桥中的离子移动，保持两侧溶液电中性：阳离子向正极一侧、阴离子向负极一侧移动（高中通常只说盐桥中离子向两侧移动以维持电中性）。

符号：负极（氧化）：Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-}；正极（还原）：CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}。总反应：Zn+CuX2+→ZnX2++Cu\ce{Zn + Cu^2+ -> Zn^2+ + Cu}。电子从 Zn 经外电路流向 Cu；电流方向与电子相反。

使用场景

Section titled “使用场景”
  • 题目给电池装置图，问正极/负极、哪种金属是负极、电极反应、电子方向 → 先判断谁失电子（活泼金属是负极），再写反应。
  • 题目问「盐桥的作用」 → 构成闭合回路、维持电中性。

注意点

Section titled “注意点”
  • 负极是氧化反应，正极是还原反应；不要和电解池的阴阳极混淆（电解池阳极氧化、阴极还原）。
  • 电子不通过溶液，只通过外电路；溶液中靠离子移动导电。
  • 盐桥不是导线，作用是让离子通过、维持两侧电中性。
  • 电极反应要配平原子和电荷；Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-} 两边电荷都是 0。
  • 日本题面写「負極」「正極」「塩橋」「ダニエル電池」「電子の流れ」。

推导

Section titled “推导”

为什么锌是负极：金属活动性 Zn > Cu，Zn 更容易失电子。Zn 失电子后变成 ZnX2+\ce{Zn^2+}，电子经导线流向 Cu，CuX2+\ce{Cu^2+} 在 Cu 表面得电子。所以 Zn 是负极（氧化），Cu 是正极（还原）。

盐桥的作用：锌一侧 ZnX2+\ce{Zn^2+} 增多、带正电；铜一侧 CuX2+\ce{Cu^2+} 减少、带负电（硫酸根相对多）。盐桥中的阴离子向锌一侧、阳离子向铜一侧移动，中和电荷，使反应持续。

例题

Section titled “例题”

例 1　（场景：给装置 → 判断正负极 → 写电极反应）

問題　ダニエル電池について，負極で起こる反応として正しいものを，次の①～④の中から一つ選びなさい。

①　CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu} ②　Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-} ③　2 HX2O→OX2+4 HX++4 eX−\ce{2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-} ④　2 ClX−→ClX2+2 eX−\ce{2Cl- -> Cl2 + 2e-}

解答　ダニエル電池の負極は亜鉛。亜鉛は電子を失って ZnX2+\ce{Zn^2+} になる（酸化）。よって ②。検算：負極では酸化反応が起こり、電子を放出する。　答　②

中文翻译　题目：关于丹尼尔电池，负极发生的反应正确的是哪一个？① CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu} ② Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-} ③ 2 HX2O→OX2+4 HX++4 eX−\ce{2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-} ④ 2 ClX−→ClX2+2 eX−\ce{2Cl- -> Cl2 + 2e-}。解答：丹尼尔电池的负极是锌。锌失去电子变成 ZnX2+\ce{Zn^2+}（氧化）。所以是 ②。检验：负极发生氧化反应，放出电子。答案 ②。

解说　用到的是「负极氧化、正极还原」。容易卡在：把铜的还原反应当成负极；铜是正极。选项排除：① 是正极反应；③ 是电解水的阳极反应；④ 是电解氯化钠的阳极反应。另一种解法：先判断活动性 Zn > Cu，活泼金属失电子，是负极。

例 2　（场景：电子/离子方向 → 判断叙述）

問題　ダニエル電池についての記述として正しいものを，次の①～④の中から一つ選びなさい。

①　電子は溶液を通って亜鉛極から銅極へ移動する。 ②　塩橋は電子を通すための導線である。 ③　銅極では CuX2+\ce{Cu^2+} が電子を受け取って銅になる。 ④　亜鉛極では ZnX2+\ce{Zn^2+} が電子を受け取って亜鉛になる。

解答　① 誤り：電子は外回路を通り、溶液ではイオンが移動する。② 誤り：塩橋はイオンを通して電中性を保つ。③ 正しい：銅極（正極）で CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}。④ 誤り：亜鉛極では Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-}（酸化）。よって ③。　答　③

中文翻译　题目：关于丹尼尔电池的叙述，正确的是哪一个？① 电子通过溶液从锌极移动到铜极。② 盐桥是让电子通过的导线。③ 铜极上 CuX2+\ce{Cu^2+} 得到电子变成铜。④ 锌极上 ZnX2+\ce{Zn^2+} 得到电子变成锌。解答：① 错误：电子走外电路，溶液靠离子移动。② 错误：盐桥让离子通过、维持电中性。③ 正确：铜极（正极）发生 CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}。④ 错误：锌极发生 Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-}（氧化）。所以是 ③。答案 ③。

解说　用到的是「电子外电路、离子溶液、盐桥维持电中性」。容易卡在：认为电子能穿过溶液；或者把盐桥当导线。选项排除：①② 方向/作用错；④ 把锌极反应写反。另一种解法：记住「负极失电子、正极得电子」两句话，逐条对照。

常用推论

Section titled “常用推论”
  • 原电池：负极氧化、正极还原；电子外电路从负极到正极，电流相反。
  • 盐桥：离子通道，维持两侧电中性，构成闭合回路。
  • 活动性强的金属作负极；Zn\ce{Zn} > Cu\ce{Cu}，所以 Zn 是负极。
  • 电极反应要配平原子和电荷。

易错点

Section titled “易错点”
  • 错在哪：把负极写成还原反应。 为什么错：负极失电子，是氧化；正极得电子，是还原。 正确做法：先判断谁失电子，再写氧化反应。
  • 错在哪：认为电子通过溶液。 为什么错：溶液靠离子导电，电子只走外电路。 正确做法：电子外电路，离子溶液。
  • 错在哪：把盐桥当成导线。 为什么错：盐桥是离子通道，不是电子导体。 正确做法：盐桥维持电中性。

直观理解

Section titled “直观理解”

丹尼尔电池像两个人传水桶：锌把电子「水桶」交给外电路，铜接过来；盐桥像中间的通道，让离子来回走，保持两边「水位」平衡。

关联知识点

Section titled “关联知识点”
  • 前置：国内书第 20 章 20.2–20.3 节原电池、盐桥。
  • 后续：本书 7.3 节実用電池、7.4 节電気分解。
  • 常一起考：国内书第 5 章氧化还原（氧化数、电子转移）；本书第 6 章反应焓。

7.3 実用電池（乾電池・鉛蓄電池・燃料電池）

Section titled “7.3 実用電池（乾電池・鉛蓄電池・燃料電池）”

说明

Section titled “说明”

宏观：实用电池把化学能转成电能。**乾電池（干电池）**以锌为负极、二氧化锰为正极，电解质是氯化铵/氯化锌糊状物；**鉛蓄電池（铅蓄电池）**以铅为负极、二氧化铅为正极、稀硫酸为电解质，可充电；**燃料電池（燃料电池）**以氢气为燃料、氧气为氧化剂，产物是水，效率高。EJU 常给电池名称、电极材料或总反应，要求判断电极反应或产物。

微观：放电时负极金属被氧化，正极氧化剂被还原；充电时外加电源使反应逆转（铅蓄电池）。燃料电池中，燃料在负极被氧化，氧气在正极被还原，电子经外电路做功。

符号：乾電池：负极 Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-}，正极 2 MnOX2+2 HX2O+2 eX−→2 MnO(OH)+2 OHX−\ce{2MnO2 + 2H2O + 2e- -> 2MnO(OH) + 2OH-}（简化）。鉛蓄電池放电：负极 Pb+SOX4X2−→PbSOX4+2 eX−\ce{Pb + SO4^2- -> PbSO4 + 2e-}，正极 PbOX2+4 HX++SOX4X2−+2 eX−→PbSOX4+2 HX2O\ce{PbO2 + 4H+ + SO4^2- + 2e- -> PbSO4 + 2H2O}。燃料電池（酸性）：负极 HX2→2 HX++2 eX−\ce{H2 -> 2H+ + 2e-}，正极 OX2+4 HX++4 eX−→2 HX2O\ce{O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O}。

使用场景

Section titled “使用场景”
  • 题目给电池名称/电极材料，问负极反应或产物 → 先判断负极（燃料/活泼金属），再写氧化反应。
  • 题目问「哪种电池可充电」「燃料电池的产物」 → 铅蓄电池等二次电池可充电，干电池是一次电池；燃料电池产物是水，无污染。

注意点

Section titled “注意点”
  • 乾電池的负极是锌，正极是二氧化锰；不要把正负极材料弄反。
  • 鉛蓄電池放电时两极都生成 PbSOX4\ce{PbSO4}；充电时反应逆转。
  • 燃料電池的负极是燃料（HX2\ce{H2}）被氧化，正极是 OX2\ce{O2} 被还原；不要按「氧气是负极」记。
  • 日本名称：乾電池（かんでんち）、鉛蓄電池（なまりちくでんち）、燃料電池（ねんりょうでんち）。
  • 电极反应的条件（酸性/碱性）会影响 HX+\ce{H+}/OHX−\ce{OH-} 的写法；题目会给电解质。

推导

Section titled “推导”

铅蓄电池放电：负极 Pb 被氧化成 PbSOX4\ce{PbSO4}，正极 PbOX2\ce{PbO2} 被还原成 PbSOX4\ce{PbSO4}，硫酸参与反应。总反应：

Pb+PbOX2+2 HX2SOX4→2 PbSOX4+2 HX2O\ce{Pb + PbO2 + 2H2SO4 -> 2PbSO4 + 2H2O}

充电时外加电源，反应逆向。

燃料电池：HX2\ce{H2} 在负极失去电子，OX2\ce{O2} 在正极得到电子，总反应 2 HX2+OX2→2 HX2O\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}。能量转换效率高，产物只有水。

例题

Section titled “例题”

例 1　（场景：铅蓄电池 → 写负极反应）

問題　鉛蓄電池の放電時の負極で起こる反応として正しいものを，次の①～④の中から一つ選びなさい。

①　Pb+SOX4X2−→PbSOX4+2 eX−\ce{Pb + SO4^2- -> PbSO4 + 2e-} ②　PbOX2+4 HX++SOX4X2−+2 eX−→PbSOX4+2 HX2O\ce{PbO2 + 4H+ + SO4^2- + 2e- -> PbSO4 + 2H2O} ③　PbSOX4+2 eX−→Pb+SOX4X2−\ce{PbSO4 + 2e- -> Pb + SO4^2-} ④　2 HX2O→OX2+4 HX++4 eX−\ce{2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-}

解答　鉛蓄電池の負極は Pb。放電時、Pb は酸化されて PbSOX4\ce{PbSO4} になる：Pb+SOX4X2−→PbSOX4+2 eX−\ce{Pb + SO4^2- -> PbSO4 + 2e-}。よって ①。検算：負極は酸化、電子を放出。　答　①

中文翻译　题目：铅蓄电池放电时负极发生的反应，正确的是哪一个？① Pb+SOX4X2−→PbSOX4+2 eX−\ce{Pb + SO4^2- -> PbSO4 + 2e-} ② PbOX2+4 HX++SOX4X2−+2 eX−→PbSOX4+2 HX2O\ce{PbO2 + 4H+ + SO4^2- + 2e- -> PbSO4 + 2H2O} ③ PbSOX4+2 eX−→Pb+SOX4X2−\ce{PbSO4 + 2e- -> Pb + SO4^2-} ④ 2 HX2O→OX2+4 HX++4 eX−\ce{2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-}。解答：铅蓄电池的负极是 Pb。放电时 Pb 被氧化成 PbSOX4\ce{PbSO4}：Pb+SOX4X2−→PbSOX4+2 eX−\ce{Pb + SO4^2- -> PbSO4 + 2e-}。所以是 ①。检验：负极氧化，放出电子。答案 ①。

解说　用到的是「负极氧化、铅蓄电池负极是 Pb」。容易卡在：把正极的 PbOX2\ce{PbO2} 反应当成负极。选项排除：② 是正极反应；③ 是充电时负极的逆反应；④ 是电解水阳极。另一种解法：先写「Pb → PbSO4」，再补 SOX4X2−\ce{SO4^2-} 和电子。

例 2　（场景：燃料电池 → 判断负极和产物）

問題　水素を燃料とする燃料電池について，正しいものを次の①～④の中から一つ選びなさい。

①　負極では酸素が還元される。 ②　正極では水素が酸化される。 ③　負極では水素が酸化され，正極では酸素が還元される。 ④　反応の生成物は二酸化炭素である。

解答　燃料電池では、燃料の水素が負極で酸化され、酸素が正極で還元される。生成物は水。よって ③。検算：2 HX2+OX2→2 HX2O\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}。　答　③

中文翻译　题目：以氢气为燃料的燃料电池，正确的是哪一个？① 负极氧气被还原。② 正极氢气被氧化。③ 负极氢气被氧化，正极氧气被还原。④ 反应产物是二氧化碳。解答：燃料电池中，燃料氢气在负极被氧化，氧气在正极被还原。产物是水。所以是 ③。检验：2 HX2+OX2→2 HX2O\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}。答案 ③。

解说　用到的是「燃料在负极氧化，氧化剂在正极还原」。容易卡在：把氧气当成负极；氧气是氧化剂，在正极得电子。选项排除：①② 方向反；④ 产物是水，不是二氧化碳。另一种解法：记「燃料电池：燃料负、氧气正，产物水」。

常用推论

Section titled “常用推论”
  • 干电池：Zn 负极、MnOX2\ce{MnO2} 正极，一次电池。
  • 铅蓄电池：Pb 负极、PbOX2\ce{PbO2} 正极、稀硫酸；放电两极都生成 PbSOX4\ce{PbSO4}，可充电。
  • 燃料电池：燃料（HX2\ce{H2}）负极氧化，OX2\ce{O2} 正极还原，产物水。
  • 原电池的负极是活泼金属/燃料，正极是氧化剂。

易错点

Section titled “易错点”
  • 错在哪：把干电池的正负极材料弄反。 为什么错：锌是活泼金属，作负极；MnOX2\ce{MnO2} 是氧化剂，作正极。 正确做法：负极失电子，正极得电子。
  • 错在哪：认为燃料电池的氧气在负极。 为什么错：氧气是氧化剂，在正极得电子。 正确做法：燃料负极、氧气正极。
  • 错在哪：认为铅蓄电池放电时只有负极生成 PbSOX4\ce{PbSO4}。 为什么错：正极 PbOX2\ce{PbO2} 也被还原成 PbSOX4\ce{PbSO4}。 正确做法：两极都生成 PbSOX4\ce{PbSO4}。

直观理解

Section titled “直观理解”

干电池像「一次性打火机」，用完就扔；铅蓄电池像「充电宝」，可以反复充；燃料电池像「发电机」，不断输入燃料和氧气，不断输出电和水。

关联知识点

Section titled “关联知识点”
  • 前置：本书 7.2 节ダニエル電池（原电池原理）；国内书第 20 章 20.5–20.6 节。
  • 后续：本书 7.4 节電気分解、7.5 节ファラデーの法則。
  • 常一起考：国内书第 21 章金属腐蚀与防护（EJU 不单列）。

7.4 電気分解と電極反応

Section titled “7.4 電気分解と電極反応”

说明

Section titled “说明”

宏观：外加直流电源使电流通过电解质溶液或熔融电解质，在电极上发生氧化还原反应，叫電気分解（电解）。与电源负极相连的电极叫陰極（阴极），发生还原反应；与电源正极相连的电极叫陽極（阳极），发生氧化反应。电解池把电能转成化学能。

微观：通电后，溶液中的阳离子向阴极移动，在阴极得电子被还原；阴离子向阳极移动，在阳极失电子被氧化。电极材料本身也可能参与反应（活性电极，如铜阳极）。放电顺序取决于离子的种类、浓度和电极材料。

符号：电解 CuSOX4\ce{CuSO4} 溶液（铜电极）：阳极 Cu→CuX2++2 eX−\ce{Cu -> Cu^2+ + 2e-}，阴极 CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}。电解熔融 NaCl\ce{NaCl}：阴极 NaX++eX−→Na\ce{Na+ + e- -> Na}，阳极 2 ClX−→ClX2+2 eX−\ce{2Cl- -> Cl2 + 2e-}。电解水：阴极 2 HX2O+2 eX−→HX2+2 OHX−\ce{2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-}，阳极 2 HX2O→OX2+4 HX++4 eX−\ce{2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-}。

使用场景

Section titled “使用场景”
  • 题目给电解装置，问阴阳极、电极反应、产物 → 先看电源正负极：接正极的是阳极（氧化），接负极的是阴极（还原）。
  • 题目问「用铜电极电解硫酸铜溶液浓度怎么变」「电解熔融氯化钠的产物」 → 活性铜阳极溶解、阴极析出，浓度基本不变；熔融 NaCl 阴极 Na、阳极 ClX2\ce{Cl2}。

注意点

Section titled “注意点”
  • 电解池阳极氧化、阴极还原；原电池负极氧化、正极还原，两者名称容易混。
  • 阴极接电源负极，阳离子向阴极移动；阳极接电源正极，阴离子向阳极移动。
  • 活性电极（Cu、Ag 等）作阳极时，阳极本身可能溶解，而不是溶液中的阴离子放电。
  • 电解水时，阴极产生 HX2\ce{H2}，阳极产生 OX2\ce{O2}，体积比 2:1。
  • 日本题面写「陰極」「陽極」「電気分解」「電極反応」「放電」。

推导

Section titled “推导”

电解 CuSOX4\ce{CuSO4} 溶液（铜电极）：阳极 Cu 比水/硫酸根更容易失电子，所以 Cu 溶解；阴极 CuX2+\ce{Cu^2+} 得电子析出。总反应相当于铜从阳极转移到阴极，溶液浓度基本不变。

电解熔融 NaCl\ce{NaCl}：熔融态没有水，NaX+\ce{Na+} 在阴极得电子生成 Na，ClX−\ce{Cl-} 在阳极失电子生成 ClX2\ce{Cl2}。总反应 2 NaCl→2 Na+ClX2\ce{2NaCl -> 2Na + Cl2}。

电解水：阴极水得电子生成 HX2\ce{H2} 和 OHX−\ce{OH-}，阳极水失电子生成 OX2\ce{O2} 和 HX+\ce{H+}；总反应 2 HX2O→2 HX2+OX2\ce{2H2O -> 2H2 + O2}。

例题

Section titled “例题”

例 1　（场景：铜电极电解硫酸铜 → 判断阳极反应）

問題　銅電極を用いて硫酸銅水溶液を電気分解するとき，陽極で起こる反応として正しいものを，次の①～④の中から一つ選びなさい。

①　CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu} ②　Cu→CuX2++2 eX−\ce{Cu -> Cu^2+ + 2e-} ③　2 HX2O→OX2+4 HX++4 eX−\ce{2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-} ④　2 HX2O+2 eX−→HX2+2 OHX−\ce{2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-}

解答　陽極は酸化反応。銅電極は活性電極なので、銅自身が酸化されて CuX2+\ce{Cu^2+} になる：Cu→CuX2++2 eX−\ce{Cu -> Cu^2+ + 2e-}。よって ②。検算：陽極では電子を放出する。　答　②

中文翻译　题目：用铜电极电解硫酸铜水溶液时，阳极发生的反应正确的是哪一个？① CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu} ② Cu→CuX2++2 eX−\ce{Cu -> Cu^2+ + 2e-} ③ 2 HX2O→OX2+4 HX++4 eX−\ce{2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-} ④ 2 HX2O+2 eX−→HX2+2 OHX−\ce{2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-}。解答：阳极是氧化反应。铜电极是活性电极，铜自身被氧化成 CuX2+\ce{Cu^2+}：Cu→CuX2++2 eX−\ce{Cu -> Cu^2+ + 2e-}。所以是 ②。检验：阳极放出电子。答案 ②。

解说　用到的是「阳极氧化、活性电极自身溶解」。容易卡在：按惰性电极写成水的氧化（③）；铜电极会自身溶解。选项排除：① 是阴极；③ 是惰性电极的阳极；④ 是阴极。另一种解法：先看电极材料，活性电极（Cu）作阳极时自身氧化。

例 2　（场景：电解熔融氯化钠 → 判断产物）

問題　融解した塩化ナトリウムを電気分解するとき，陰極で生成する物質として正しいものを，次の①～④の中から一つ選びなさい。

①　Na\ce{Na}　　②　ClX2\ce{Cl2}　　③　HX2\ce{H2}　　④　OX2\ce{O2}

解答　融解塩化ナトリウム中には NaX+\ce{Na+} と ClX−\ce{Cl-} がある。陰極では NaX+\ce{Na+} が電子を受け取って Na になる：NaX++eX−→Na\ce{Na+ + e- -> Na}。よって ①。検算：陽極では ClX−\ce{Cl-} が酸化されて ClX2\ce{Cl2}。　答　①

中文翻译　题目：电解熔融氯化钠时，阴极生成的物质正确的是哪一个？① Na\ce{Na} ② ClX2\ce{Cl2} ③ HX2\ce{H2} ④ OX2\ce{O2}。解答：熔融氯化钠中有 NaX+\ce{Na+} 和 ClX−\ce{Cl-}。阴极上 NaX+\ce{Na+} 得到电子变成 Na：NaX++eX−→Na\ce{Na+ + e- -> Na}。所以是 ①。检验：阳极上 ClX−\ce{Cl-} 被氧化成 ClX2\ce{Cl2}。答案 ①。

解说　用到的是「阴极还原、阳离子向阴极」。容易卡在：把 ClX2\ce{Cl2} 当成阴极产物；ClX2\ce{Cl2} 在阳极。选项排除：② 是阳极；③④ 需要水，熔融体系没有水。另一种解法：记「熔融 NaCl：阴极 Na、阳极 Cl2」。

常用推论

Section titled “常用推论”
  • 电解池：阳极氧化、阴极还原；原电池：负极氧化、正极还原。
  • 阴极接电源负极，阳离子向阴极；阳极接电源正极，阴离子向阳极。
  • 活性电极作阳极时，电极自身可能溶解。
  • 电解水：阴极 HX2\ce{H2}、阳极 OX2\ce{O2}，体积比 2:1。

易错点

Section titled “易错点”
  • 错在哪：把电解池的阳极和原电池的负极混为一谈。 为什么错：电解池阳极氧化，原电池负极氧化，但名称和连接不同。 正确做法：电解池看电源正负极；原电池看金属活动性。
  • 错在哪：铜电极电解硫酸铜时按惰性电极写水的氧化。 为什么错：铜是活性电极，阳极自身溶解。 正确做法：先看电极材料是否活泼。
  • 错在哪：认为熔融氯化钠电解会生成氢气。 为什么错：熔融体系没有水，阴极是 NaX+\ce{Na+} 得电子。 正确做法：看体系中有没有水。

直观理解

Section titled “直观理解”

电解池像「用电流逼着反应反向走」：电源把电子从阳极抽走、送到阴极，阳极被迫失电子，阴极被迫得电子。原电池是「反应自己走，电子自己流」。

关联知识点

Section titled “关联知识点”
  • 前置：本书 7.2 节ダニエル電池、国内书第 21 章 21.2–21.4 节。
  • 后续：本书 7.5 节ファラデーの法則、第 9 章電離平衡。
  • 常一起考：国内书第 5 章氧化还原、第 21 章电解计算。

7.5 ファラデーの法則と電解精錬

Section titled “7.5 ファラデーの法則と電解精錬”

说明

Section titled “说明”

宏观：电解时，电极上析出或溶解的物质的量与通过的电量成正比，这叫ファラデーの法則（法拉第定律）。通过 1 mol 电子（F=9.65×104 C/molF=9.65\times10^4\ \mathrm{C/mol}）时，电极上析出或溶解 1 mol 的「一价」物质；二价物质是 0.5 mol，依此类推。**電解精錬（电解精炼）**利用电解把粗金属提纯：粗金属作阳极，纯金属作阴极，金属从阳极溶解、在阴极析出，杂质留在溶液或阳极泥中。

微观：电流是电子的定向移动。通过的电量 Q=ItQ=It 决定电子数，电子数决定电极反应的物质的量。电解精炼时，阳极的粗金属氧化进入溶液，阴极的纯金属离子还原析出；比目标金属活泼的杂质也会溶解，但不在阴极析出；不活泼杂质成为阳极泥。

符号：Q=ItQ=It；n(eX−)=Q/Fn(\ce{e-})=Q/F；析出金属的物质的量 n(金属)=n(eX−)/zn(\text{金属})=n(\ce{e-})/z（zz 是金属离子的电荷数）；质量 m=nMm=nM。F=9.65×104 C/molF=9.65\times10^4\ \mathrm{C/mol}。

使用场景

Section titled “使用场景”
  • 题目给电流、时间，问析出金属的质量 → 先算 Q=ItQ=It，再算 n(eX−)=Q/Fn(\ce{e-})=Q/F，再除以电荷数，最后乘摩尔质量。
  • 题目问「电解精炼时阳极/阴极是什么」「精炼时杂质去哪」 → 阳极粗金属、阴极纯金属；活泼杂质溶解，不活泼杂质成阳极泥。

注意点

Section titled “注意点”
  • 时间单位是秒；电流单位是安培；QQ 的单位是库仑。
  • 金属离子的电荷数 zz：CuX2+\ce{Cu^2+} 是 2，AgX+\ce{Ag+} 是 1，AlX3+\ce{Al^3+} 是 3。
  • 电解精炼的阳极是粗金属，阴极是纯金属；不要弄反。
  • 电量与物质的量成正比，与电极面积、电压无直接关系（在电流恒定下）。
  • 日本题面写「ファラデーの法則」「電気量」「電解精錬」「陽極泥」。

推导

Section titled “推导”

法拉第定律：1 mol 电子带电量 F=9.65×104 CF=9.65\times10^4\ \mathrm{C}。通过电量 QQ 时，电子的物质的量 n(eX−)=Q/Fn(\ce{e-})=Q/F。电极反应 MXz++zeX−→M\ce{M^{z+} + ze- -> M} 中，1 mol 金属需要 zz mol 电子，所以 n(M)=Q/(zF)n(\ce{M})=Q/(zF)，质量 m=MQ/(zF)m=MQ/(zF)。

电解精炼：阳极粗铜 Cu→CuX2++2 eX−\ce{Cu -> Cu^2+ + 2e-}，阴极 CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}。粗铜中的 Zn、Fe 等活泼杂质也溶解，但 ZnX2+\ce{Zn^2+}、FeX2+\ce{Fe^2+} 不如 CuX2+\ce{Cu^2+} 容易还原，留在溶液中；Ag、Au 等不活泼杂质不溶解，成为阳极泥。

例题

Section titled “例题”

例 1　（场景：给电流和时间 → 算电量 → 算析出金属质量）

問題　硫酸銅水溶液を，2.0 A の電流で 965 秒間電気分解した。陰極に析出する銅は約何 g か。最も近い値を，次の①～④の中から一つ選びなさい。ただし，ファラデー定数を 9.65×104 C/mol9.65\times10^4\ \mathrm{C/mol}，銅のモル質量を 64 g/mol64\ \mathrm{g/mol} とする。

①　0.32 g　　②　0.64 g　　③　1.3 g　　④　2.6 g

解答　電気量は Q=It=2.0×965=1.93×103 CQ=It=2.0\times965=1.93\times10^3\ \mathrm{C}。電子の物質量は n(eX−)=Q/F=1.93×103/(9.65×104)=2.0×10−2 moln(\ce{e-})=Q/F=1.93\times10^3/(9.65\times10^4)=2.0\times10^{-2}\ \mathrm{mol}。CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu} より、銅は電子の半分の物質量：n(Cu)=1.0×10−2 moln(\ce{Cu})=1.0\times10^{-2}\ \mathrm{mol}。質量は 1.0×10−2×64=0.64 g1.0\times10^{-2}\times64=0.64\ \mathrm{g}。　答　②

中文翻译　题目：用 2.0 A 的电流电解硫酸铜水溶液 965 秒。阴极析出的铜约为多少 g？从①～④中选一个最接近的值。不过，法拉第常数为 9.65×104 C/mol9.65\times10^4\ \mathrm{C/mol}，铜的摩尔质量为 64 g/mol64\ \mathrm{g/mol}。解答：电量为 Q=It=2.0×965=1.93×103 CQ=It=2.0\times965=1.93\times10^3\ \mathrm{C}。电子的物质的量 n(eX−)=Q/F=1.93×103/(9.65×104)=2.0×10−2 moln(\ce{e-})=Q/F=1.93\times10^3/(9.65\times10^4)=2.0\times10^{-2}\ \mathrm{mol}。由 CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}，铜的物质的量是电子的一半：n(Cu)=1.0×10−2 moln(\ce{Cu})=1.0\times10^{-2}\ \mathrm{mol}。质量为 1.0×10−2×64=0.64 g1.0\times10^{-2}\times64=0.64\ \mathrm{g}。答案 ②。

解说　用到的是 Q=ItQ=It、n(eX−)=Q/Fn(\ce{e-})=Q/F、n(Cu)=n(eX−)/2n(\ce{Cu})=n(\ce{e-})/2。容易卡在：忘记铜是二价，直接用电子物质的量乘 64，得 1.3 g（③）。选项排除：① 是再除以 2；④ 是乘 4。另一种解法：先算 Q=1930Q=1930 C，1930/96500=0.0201930/96500=0.020 mol 电子，铜 0.010 mol，乘 64。

例 2　（场景：电解精炼 → 判断阴阳极和杂质去向）

問題　銅の電解精錬について，正しいものを次の①～④の中から一つ選びなさい。

①　粗銅を陰極，純銅を陽極にする。 ②　粗銅を陽極，純銅を陰極にする。 ③　陽極では CuX2+\ce{Cu^2+} が還元される。 ④　不純物の銀は陽極で酸化されて溶液に溶ける。

解答　電解精錬では、粗銅を陽極、純銅を陰極にする。陽極で Cu が酸化されて CuX2+\ce{Cu^2+} になり、陰極で CuX2+\ce{Cu^2+} が還元されて純銅が析出する。銀は銅よりイオン化傾向が小さいので溶解せず、陽極泥になる。よって ②。　答　②

中文翻译　题目：关于铜的电解精炼，正确的是哪一个？① 粗铜作阴极，纯铜作阳极。② 粗铜作阳极，纯铜作阴极。③ 阳极上 CuX2+\ce{Cu^2+} 被还原。④ 杂质银在阳极被氧化溶入溶液。解答：电解精炼中，粗铜作阳极、纯铜作阴极。阳极上 Cu 被氧化成 CuX2+\ce{Cu^2+}，阴极上 CuX2+\ce{Cu^2+} 被还原析出纯铜。银比铜不活泼，不溶解，成为阳极泥。所以是 ②。答案 ②。

解说　用到的是「粗金属阳极、纯金属阴极」。容易卡在：把阴阳极弄反；或者认为所有杂质都溶解。选项排除：① 反了；③ 阳极是氧化，不是还原；④ 银不活泼，不溶解。另一种解法：记「精炼：粗的放阳极，纯的放阴极，活泼杂质进溶液，不活泼杂质成阳极泥」。

常用推论

Section titled “常用推论”
  • Q=ItQ=It；n(eX−)=Q/Fn(\ce{e-})=Q/F；n(金属)=Q/(zF)n(\text{金属})=Q/(zF)；m=MQ/(zF)m=MQ/(zF)。
  • 电解精炼：粗金属阳极、纯金属阴极；活泼杂质溶解，不活泼杂质成阳极泥。
  • 1 mol 电子对应 1 mol 一价金属、0.5 mol 二价金属、1/3 mol 三价金属。
  • 电量只与电流和时间有关，与电极面积、电压无直接关系。

易错点

Section titled “易错点”
  • 错在哪：忘记金属离子的电荷数，直接用电子物质的量当金属物质的量。 为什么错：CuX2+\ce{Cu^2+} 需要 2 个电子，金属物质的量是电子的一半。 正确做法：先写电极反应，看计量比。
  • 错在哪：把电解精炼的阴阳极弄反。 为什么错：粗金属要溶解，所以作阳极；纯金属要析出，所以作阴极。 正确做法：粗阳纯阴。
  • 错在哪：认为所有杂质都溶进溶液。 为什么错：比铜不活泼的 Ag、Au 不溶解，成阳极泥。 正确做法：分活泼/不活泼杂质。

直观理解

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法拉第定律像「电子计数」：通过多少电子，就能还原多少金属离子；二价金属要两个电子换一个原子，所以得到的金属原子数是电子数的一半。电解精炼像「搬运工」：把铜原子从粗铜阳极搬到纯铜阴极，杂质留在原地或溶液里。

关联知识点

Section titled “关联知识点”
  • 前置：本书 7.4 节電気分解、国内书第 21 章 21.4、21.6 节。
  • 后续：本书第 9 章電離平衡、第 11 章金属冶炼。
  • 常一起考：国内书第 5 章电子守恒、第 21 章电化学计算。

7.6 题型与答法

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電池と電気分解在 EJU 化学里是 20 問平列中的 1–2 题，位置多在問7–問10，問11–問14 也有不少。据 20 回公开过去问，本章内容共出现 35 次（每回平均 1.8 次）。题型以判断、组合和数值为主，常考电极反应、阴阳极判断、电子/离子方向、法拉第计算。

两分钟做法：

  1. 先分原电池/电解池：原电池负极氧化、正极还原；电解池阳极氧化、阴极还原。
  2. 写电极反应：先判断谁失电子，再配平原子和电荷。
  3. 电子外电路，离子溶液；盐桥维持电中性。
  4. 法拉第计算：Q=ItQ=It → n(eX−)=Q/Fn(\ce{e-})=Q/F → 除以电荷数 → 乘摩尔质量。

問題 1　（原电池 → 负极反应）

ダニエル電池の負極で起こる反応として正しいものを，次の①～④の中から一つ選びなさい。

①　CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu} ②　Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-} ③　2 HX++2 eX−→HX2\ce{2H+ + 2e- -> H2} ④　2 ClX−→ClX2+2 eX−\ce{2Cl- -> Cl2 + 2e-}

解答　負極は亜鉛。Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-}。　答　②

中文翻译　题目：丹尼尔电池负极发生的反应，正确的是哪一个？① CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu} ② Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-} ③ 2 HX++2 eX−→HX2\ce{2H+ + 2e- -> H2} ④ 2 ClX−→ClX2+2 eX−\ce{2Cl- -> Cl2 + 2e-}。解答：负极是锌，Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-}。答案 ②。

解说　两分钟做法：先判断活动性 Zn>Cu，Zn 失电子，是负极。错误选项：① 是正极；③ 是酸中氢离子还原；④ 是电解氯化物的阳极。

問題 2　（法拉第计算）

1.0 A の電流で 1930 秒間電気分解したとき，陰極に析出する銀は約何 g か。最も近い値を，次の①～④の中から一つ選びなさい。ただし，ファラデー定数を 9.65×104 C/mol9.65\times10^4\ \mathrm{C/mol}，銀のモル質量を 108 g/mol108\ \mathrm{g/mol} とする。

①　1.1 g　　②　2.2 g　　③　4.3 g　　④　8.6 g

解答　Q=It=1.0×1930=1.93×103 CQ=It=1.0\times1930=1.93\times10^3\ \mathrm{C}。n(eX−)=1.93×103/(9.65×104)=2.0×10−2 moln(\ce{e-})=1.93\times10^3/(9.65\times10^4)=2.0\times10^{-2}\ \mathrm{mol}。AgX++eX−→Ag\ce{Ag+ + e- -> Ag} より n(Ag)=2.0×10−2 moln(\ce{Ag})=2.0\times10^{-2}\ \mathrm{mol}，質量 2.0×10−2×108=2.16 g≈2.2 g2.0\times10^{-2}\times108=2.16\ \mathrm{g}\approx2.2\ \mathrm{g}。　答　②

中文翻译　题目：用 1.0 A 电流电解 1930 秒，阴极析出的银约为多少 g？从①～④中选一个最接近的值。不过，法拉第常数为 9.65×104 C/mol9.65\times10^4\ \mathrm{C/mol}，银的摩尔质量为 108 g/mol108\ \mathrm{g/mol}。解答：Q=It=1.0×1930=1.93×103 CQ=It=1.0\times1930=1.93\times10^3\ \mathrm{C}。n(eX−)=1.93×103/(9.65×104)=2.0×10−2 moln(\ce{e-})=1.93\times10^3/(9.65\times10^4)=2.0\times10^{-2}\ \mathrm{mol}。由 AgX++eX−→Ag\ce{Ag+ + e- -> Ag}，n(Ag)=2.0×10−2 moln(\ce{Ag})=2.0\times10^{-2}\ \mathrm{mol}，质量 2.0×10−2×108=2.16 g≈2.2 g2.0\times10^{-2}\times108=2.16\ \mathrm{g}\approx2.2\ \mathrm{g}。答案 ②。

解说　两分钟做法：Q=ItQ=It，n=Q/Fn=Q/F，银是一价，直接乘 108。错误选项：① 是除以 2；③ 是乘 2；④ 是乘 4。选项排除：银一价，2.0×10−22.0\times10^{-2} mol 对应约 2.2 g。

7.7 术语与题干用语

Section titled “7.7 术语与题干用语”
日文 读音 中文 例句或说明
負極 ふきょく 负极 負極で酸化
正極 せいきょく 正极 正極で還元
陰極 いんきょく 阴极 陰極に金属が析出
陽極 ようきょく 阳极 陽極で酸化
電極反応 でんきょくはんのう 电极反应 電極反応を書く
塩橋 えんきょう 盐桥 塩橋で電中性を保つ
ダニエル電池 ダニエルでんち 丹尼尔电池 ダニエル電池の起電力
乾電池 かんでんち 干电池 乾電池の負極は亜鉛
鉛蓄電池 なまりちくでんち 铅蓄电池 鉛蓄電池は二次電池
燃料電池 ねんりょうでんち 燃料电池 燃料電池の生成物は水
電気分解 でんきぶんかい 电解 電気分解で金属を析出
電解精錬 でんかいせいれん 电解精炼 粗銅を陽極にする
ファラデーの法則 ファラデーのほうそく 法拉第定律 電気量と析出量
電気量 でんきりょう 电量 Q=ItQ=It
陽極泥 ようきょくでい 阳极泥 銀は陽極泥に残る
放電 ほうでん 放电 放電時の反応
充電 じゅうでん 充电 鉛蓄電池を充電する
活性電極 かっせいでんきょく 活性电极 銅は活性電極
不活性電極 ふかっせいでんきょく 惰性电极 白金は不活性電極
起電力 きでんりょく 电动势 ダニエル電池の起電力

7.8 自测

Section titled “7.8 自测”

問 1　ダニエル電池の正極で起こる反応を書きなさい。 （写出丹尼尔电池正极的反应。）

問 2　鉛蓄電池の放電時の負極反応を書きなさい。 （写出铅蓄电池放电时的负极反应。）

問 3　融解塩化ナトリウムの電気分解で，陽極に生成する物質は何か。 （电解熔融氯化钠时，阳极生成什么？）

問 4　2.0 A の電流で 965 秒間電気分解したとき，流れた電子の物質量は何 mol か。ファラデー定数を 9.65×104 C/mol9.65\times10^4\ \mathrm{C/mol} とする。 （2.0 A、965 秒电解，通过多少 mol 电子？）

答案：問 1 CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}；問 2 Pb+SOX4X2−→PbSOX4+2 eX−\ce{Pb + SO4^2- -> PbSO4 + 2e-}；問 3 ClX2\ce{Cl2}；問 4 2.0×10−22.0\times10^{-2} mol。

7.9 深入阅读

Section titled “7.9 深入阅读”