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電気分解・電池とイオン

1 電気分解とイオン

(1)電気分解

 電解質が水にとけた水溶液に電気を通すと,陽極と陰極に物質が発生します。このことを電気分解といいます。電源装置の+極側の電極を陽極,−極側の電極を陰極といいます。陽極には水溶液中の陰イオンが移動して,陰極には水溶液中の陽イオンが移動してそれぞれ原子になります。

(2)電気分解の例

  •  塩化水素(塩酸)の電気分解の反応式

     2HCl→H2(陰極)+Cl2(陽極)

    HClは水溶液中でHとClに電離しています。Hは陰極に移動して水素となり,Clは陽極に移動して塩素となります。

  • 塩化銅水溶液の電気分解

     CuCl2→Cu(陰極)+Cl2(陽極)

    CuCl2は水溶液中でCu2+とClに電離しています。Cu2+は陰極に移動して銅となり,Clは陽極に移動して塩素となります。

  • 塩化鉄の電気分解

     FeCl2→Fe(陰極)+Cl2(陽極)

    FeCl2は水溶液中でFe2+とClに電離しています。Fe2+は陰極に移動して鉄となり,Clは陽極に移動して塩素となります。

(3)銅イオンの移動を確認する実験

銅イオンは水溶液中で青色を示します。

電気をより通しやすくするために,硫酸カリウムなどの水溶液をろ紙にしみこませておきます。

銅イオンの移動を確認する実験

(4)電流の強さとイオン

 水溶液中のイオンの数が多いほど電流が流れやすくなります。例えば塩化銅水溶液を電気分解するにつれて水溶液中の銅イオンと塩化物イオンの数が減ってくるために,電流は流れにくくなってきます。また,水溶液の青色の濃さはうすくなっていきます。(銅イオンの数が減ってくるためです。)

(5)水の電気分解

 2H2O→2H2(陰極)+O2(陽極)

[実験装置]

電気を通しやすくするために水に水酸化ナトリウムを加えます。

陽極に酸素が発生したことを確かめる→火のついた線香を近づけると,炎が大きくなります。

陰極に水素が発生したことを確かめる→火のついたマッチを近づけると,ポンと音を立てて燃えます。

陰極に発生した水素の体積と陽極に発生した酸素の体積比は2:1となります。水の電気分解の反応式の水素と酸素の係数の比が体積比となります。

2 電池とイオン

(1)化学電池

 化学変化によって物質の化学エネルギーを電気のエネルギーとしてとり出す装置のことを化学電池といいます。

(2)電池のつくり方

 電解質の水溶液に2種類の金属を入れて導線でつなぎます。すると,金属と金属との間に電圧が発生し電池となります。2種類の金属はイオンのなりやすさの異なる金属をそれぞれ用います。例えば亜鉛と銅を比べた場合亜鉛の方が銅よりもイオンになりやすいです。

(3)電池の電極で起こる変化

  • −極で起こる変化

     金属が電子を放出して陽イオンになります。つまりその金属はとけて水溶液中にイオンとして出ていきます。
     放出した電子は導線を通って+極に入っていきます。亜鉛と銅を用いた場合,亜鉛がとけて亜鉛イオン(Zn2)が水溶液中に出ていきます。

  • +極で起こる変化

     水溶液中の陽イオンが電子を受けとって原子になります。例えば電解質の水溶液中に水素イオン(H)があった場合,−極からの電子を受けとって水素が+極で発生します。

(4)化学電池の例

 金属棒に亜鉛と銅を用いて,電解質に塩化水素(電解液に塩酸)を用いた場合,次のようになります。

  • 亜鉛がとけて亜鉛イオンとなる。
  • 亜鉛が放出した電子が導線を流れていく。
  • 電解液中の水素イオンが−極から流れてきた電子を+極で受けとる。
  • +極で水素が発生する。

〈化学電池〉

(5)生活の中での電池

  • マンガン電池や鉛蓄電池

    ・マンガン電池…使い捨ての電池で一次電池といいます。

    ・鉛蓄電池…充電してくり返し使える電池で二次電池といいます。

  • 燃料電池

     水素と酸素が化合して水ができるときに発生する電気エネルギーをとり出す装置です。水の電気分解とは逆の化学反応を利用しています。環境にもやさしい電池として注目されています。

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