一、水的電解裝置為電解電池，利用外加的電池組來提供電能，再轉換為化學能，強迫電解裝置內進行氧化還原反應，屬於非自發反應。電解應用包含:提煉礦石中的金屬、純化金屬、電鍍…等。例如：鋁工業利用電解熔融的氧化鋁與冰晶石（Na3AlF3）來製備金屬鋁，稱為霍爾電解法（Hall-Héroult process）。氯鹼工業電解海水(食鹽水)來製造氯氣、燒鹼（氫氧化鈉）海水提煉氯氣和氫氧化鈉，最新製程為薄膜法（Membrane cell process）。

二、水、空氣、陽光-人類生存必需品，如何發現水的組成？

18世紀科學家燃燒氫氣來產生水，證明水是氫、氧兩種元素組成的化合物。

如何從水中分解氫與氧？1800年英國奈可爾生聽說義大利伏打發明電池，動手製作電池並將連接電池兩極的兩條金屬導線放入水中，發現水中的金屬導線上冒出氣泡，水被電流分解成氫、氧(人類第一個電解實驗-電能🡪化學能。

三、水的電解

1.純水為極弱的電解質(1 L的水僅產生10-7M之H+與10-7 M之OH-)難導電，故須加入少量硫酸、氫氧化鈉或易解離之電解質如NaCl 等，產生離子以助水導電而電解

2.需用直流電

3.陰極得H2，陽極得O2
體積比 H2：O2=2：1
質量比 H2：O2=1：8

4.裝置：如圖。【圖一】

二、常見水的電解陽極及陰極之半反應

1.加入少量硫酸(H2SO4)
∵SO42-本身安定，不會至陽極處氧化而失去電子，故以水代替之
陽極：H2O(l)→2H+(aq)+1/2O2(g)+2e-
陰極：2H+(aq)+2e-→H2(g) (H+來自於H2SO4)
全反應：H2O(l)→H2(g)+1/2O2(g) (故H+、SO42-量均不變)

2.加入少量的NaOH
∵Na+本身安定，不會至陰極處還原而獲得電子，故以水代替之
陽極(正極)：2OH-(aq)→H2O(l)+1/2O2(g)+2e-
陰極(負極)：2H2O(l)+2e-→2OH-(aq)+H2(g)
全反應：H2O(l)→H2(g)+1/2O2(g) (故Na+、OH-量均不變)

3.加入少量NaCl(或KNO3、Na2SO4等)Na+(或K+)與Cl-亦不被電解
陽極：H2O(l)→2H+(aq)+1/2O2(g)+2e-
陰極：2H2O(l)+2e-→2OH-(aq)+H2(g)
全反應：H2O(l)→H2(g)+1/2O2(g)

<Note1>電解ⅠA+(鹼金屬離子)、ⅡA2+(鹼土金屬離子)、Al3+、NH4+等陽離子的水溶液時，陰極半反應為2H2O(l)+2e-→2OH-(aq)+H2(g)

<Note2>電解含NO3-、PO43-、SO42-、ClO4-、F-等陰離子水溶液時，陽極半反應為
H2O(l)→2H+(aq)+1/2O2(g)+2e-

<Note3>每電解1 mole的水，需消耗2 F法拉第(2×96500 coulomb庫倫)的電量

正/陽極氣體的檢驗：以點燃的火柴餘燼插入正極氣體試管內，發現：火柴餘燼復燃，且火焰較空氣中燃燒旺盛。

負/陰極氣體的檢驗：拇指按住負極氣體試管口，倒立試管，以點燃的火柴接近試管口再放開拇指，發現：氣體劇烈燃燒並產生爆鳴聲。 

器材

燒杯、自來水、熱熔膠、熱熔槍、AA乾電池*2、電池座、鱷魚夾*2、20ml針筒*2、軟管(三通軟管)、牛奶瓶蓋、白鐵鐵絲

【圖二】

【圖三】

藥品

氫氧化鈉、食鹽

第一部分

【圖四】

實驗材料預作 (10分鐘) 

【圖五】準備材料。 

【圖六】組裝電池盒、鱷魚夾。 

【圖七】調配氫氧化鈉水溶液:燒杯裝入100ml的清水，放入約3~5g的氫氧化鈉結晶，調和成氫氧化鈉水溶液。 

【圖八】拔出一個針筒的塞子(針筒1)。 

【圖九】針筒1底部放入2根彎曲的白鐵針，一端放入針筒內，一端置於空氣，兩根白鐵鐵絲不能互相接觸，以熱熔膠固定-瓶蓋、針筒、白鐵針。 

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第二部分

【圖十】以針筒將氫氧化鈉打入針筒1，針筒保留的空氣柱含量決定蒐集的氣體純度。 

【圖十一】以虎尾夾夾住針筒1外的白鐵針，造成通路，電解反應開始了!直流電導到空氣中的電極，氫氧化鈉水溶液的電極會產生氣體。 

【圖十二】針筒1針尖裝上軟管(三通軟管)來連結另一個針筒以蒐集氣體。氣體產生一定的量後，使用衣架尖端的塑膠套將針筒塞住，防止氣體洩出。

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第三部分

延伸實驗
活動一

1. 建構簡易電解裝置(100mL電解瓶及2根碳棒)，並加入3%氫氧化鈉水電解液。

2. 通電後觀察碳棒上氣泡產生之情形及速率。

3. 將連接碳棒電極之鱷魚夾拆除，換上連接LED燈之鱷魚夾、觀察LED燈亮度變化有何不同？

活動二

1.觀察通電時間長短對LED燈亮度變化有何不同？

2.觀察碳棒距離對LED燈亮度變化有何不同？