文／林志鴻
●電池 化學能→電能 電解 電能→化學能
電池和電解是兩種正逆反應的現象，孩子們學習這部分時很容易混淆，所以利用圖表來辨識兩者的異同是很好的學習技巧。電池是利用化學變化來產生電能；電解是利用電能來產生化學變化，首先，我們可以先列出這兩種反應的主要差異。
若以內外電路來分，電池屬於內電路；電解屬於外電路。電流的流向是由電池的正極經外電路到電池負極，再由電池負極經內電路回到電池正極，形成封閉迴路。
電子流與電流方向相反。用文字來描述很像繞口令一樣，不好理解，可以畫一個簡單的電路來幫助記憶，如左圖。用圖來記就容易多了。
只要記得電流由電池的正極開始，繞一圈形成迴路；電子流和電流方向相反即可。內電路的流向是正往正、負往負。
●鋅銅電池圖解 太複雜 簡化成金屬片 好講解
國中範圍考最多的電池是伏打電池，尤其是鋅銅電池。第一次看到鋅銅電池的圖解（如右圖），對孩子而言，真的是複雜到難以令人招架。
面對這種圖，最好的方法是由繁入簡，先從最簡單的開始，一開始要從鋅和銅兩塊金屬片開始，通常我會在黑板上先畫出兩塊長方塊當作兩塊金屬片，最好是用白色和橘色的粉筆來畫，白色的當作鋅、橘色的當作銅，再用一條電線連接起來，如圖一。
活性大的金屬比較容易失去電子，所以鋅片和銅片以導線連接在一起，電子就會從鋅（活性大）跑到銅（活性小）。只要簡單的把電子的方向畫出來即可，如圖二。
第一個電子很容易從鋅跑到銅，但第二個電子要離開鋅時，因為鋅會帶一個正電，所以會吸住電子，同時銅因帶有一個負電，所以電子要靠近銅片時，會被排斥，會增加電子移動的困難。所以第三顆電子比第二顆電子更難移動，依此類推，最後電子無法移動，電流就消失了（圖三）。
●電荷累積 電子移動困難 如何解決 用電解質溶液
造成電子移動困難的原因是兩片金屬上電荷累積的現象，如果可以立即解決電荷累積，就可以讓電子源源不絕的從鋅片移動到銅片。通常會利用電解質溶液的正、負離子來解決電荷累積的問題：準備硫酸銅和硫酸鋅兩杯電解質溶液，將銅片和鋅片放入這兩杯溶液中，如圖四。
鋅原子把兩個電子丟到銅片那裡，鋅原子變成鋅離子溶到硫酸鋅溶液裡，使得硫酸鋅溶液的正電增加（Zn→Zn2++2e-）；兩個電子到了銅片那裡，會吸收硫酸銅溶液裡的銅離子過來，銅離子吸收了兩個電子就會變成銅原子，黏在銅片上，溶液中的銅離子減少（Cu2++2e-→Cu），使得溶液帶負電。乍看之下，好像解決了鋅片和銅片上的電荷累積，但這只是障眼法，把原來電子轉移形成的問題，變成兩杯溶液的正負離子不平衡。
最後需要鹽橋來解決才行。鹽橋裡面裝有易解離的鹽類溶液，我們拿硝酸鉀溶液裝入U型管裡，兩端開口用棉花塞緊後，倒插進兩杯溶液中，如圖五。
鹽橋裡的硝酸鉀溶液會解離：KNO3→K++NO3-，K+移向帶負電的硫酸銅溶液，中和掉硫酸銅因銅離子減少而帶的負電；NO3-移向帶正電的硫酸鋅溶液，中和掉硫酸鋅因鋅離子增加而帶的正電。
如此就可以徹底解決電荷累積的問題，讓電子可以源源不絕從鋅片移動到銅片上。其實電流不會源源不絕，鹽橋裡的K+和NO3-耗盡，電流也就停止流動了。
整個鋅銅電池的講解告一段落，孩子們聽完一定會覺得很混亂，如果沒有加以整理歸納，學生很容易迷失在概念的迷宮裡繞不出來。其實我們需要這兩張圖即可。
首先，鋅活性大於銅，所以電子從鋅片出發，到達銅片。鋅為電池的負極、銅為電池的正極。比較右上圖的電路圖藍色的箭頭方向。
其次，鋅溶解使得鋅片的質量減少，恰好配合負極的負號，提醒質量會減少；銅離子析出，使得銅片的質量增加，恰好配合正極的正號，質量增加。
參考右上圖電池內部的電流及電子流方向，正電流向正極，負電流向負極，可以記成正往正、負往負：鹽橋裡的正離子（K+）向正極（銅片）移動、負離子（NO3-）向負極（鋅片）移動。鋅銅電池的複雜概念就可以精簡為一張圖。
●電池通電 靠金屬活性 電解通電 靠正負相吸
電池的起源是因為金屬活性不同，而使得丟電子的能力有差別，活性大的金屬把電子丟給活性小的金屬；但電解是靠正負電相吸的原理，來使得電解質的正負離子向兩極移動，發生化學變化來傳遞電子，形成迴路。
電流的化學效應（簡稱為電解）和電池的反應剛好相反過來，我們用電解硫酸銅溶液來說明如何用圖解來幫助理解和記憶。
電解的觀念最早出現在阿瑞尼士的解離說，他認為電解質溶入水中，會被水給拆成正、負離子，正負離子在水中自由移動、平均分布。水溶液中除硫酸銅解離（CuSO4→Cu2++SO42-）之外，還有水（H2O→H++OH-）的解離，硫酸銅解離出來的銅離子（Cu2+）和硫酸根（SO42-）的量比水解離出來的氫離子（H+）和氫氧根（OH-）還要多很多，當然最多的還是水分子（H2O）。如果我們對電解質溶液通以直流電，正離子會受到負極電子的吸引，游到負極去獲得電子；負離子會游向正極，到那裡釋放電子。
利用石墨棒為電極，來電解硫酸銅溶液，我們先畫出一個簡單的圖示，如圖六。
先從電子的流向開始：電子由電池的負極出發，先到右邊負極的石墨棒上，吸引溶液中帶正電的銅離子靠過來反應：Cu2++2e-→Cu。
左邊的正極會發生化學變化而放出電子，回到電池的正極。直覺來說，應該SO42-發生反應：SO42-→SO2+O2+2e-，但SO42-很穩定，要發生反應，需要很高的電壓，而真正發生反應的是水被電解了：2H2O→4H++O2+4e-，因為水電解需要的電壓比電解硫酸根的電壓小很多，綜合以上的現象，可以畫簡圖解如圖七。
如果把石墨棒換成銅片，負極還是銅析出，但正極會變成銅溶解，銅溶解比電解水更容易發生，可畫簡圖解如圖八來幫助記憶。所以兩極會發生什麼反應，要實際進行實驗才能知道。
電解應該用圖來記，注意電子流動的方向，正、負電相吸來思考正負離子的移動及變化，就可以迎刃而解。千萬不可死背死記！
●作者為高雄小港國中自然科老師，喜歡在課堂上穿插各種小故事，啟發孩子對科學的興趣。
原文出自《好讀周報》764期
