化学
高校生
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化学基礎
(4)0.200molはどのようにして導きますか？0.400molだと思いました
[知識
(
295. 水酸化ナトリウム水溶液の電気分解 白金電極を用いて, うすい水酸化ナトリウム
NaOH 水溶液を電気分解すると、陽極と陰極にそれぞれ気体が発生し,その体積を合
せると, 0℃ 1.013×105 Paで6.72 であった。 次の各問いに答えよ。
(1) 各極での変化を電子e を用いた反応式で表せ。
(2) 流れた電気量は何℃か。
工
(3)この電気分解を2.00Aの電流で行うと、電流を何秒間通じる必要があるか。
(4) この電気分解で発生した気体を混合し、完全に反応させたときに生じる物質の質
量は何gか。
第1章 物質の変化と平衡
問題 294 296
294. 硫酸銅(II)水溶液の電気分解
解答 (1) 陰極: Cu+ +2e
Cu
陽極2H2O
•O2+4H++4e
(2)5.79×10°C. 3.00A (3) 1.92g
解説 (1) 白金電極を用いて硫酸銅(II) CuSO 水溶液を電気分解す
ると,陰極では銅が析出し, 陽極では酸素が発生する。
陰極 Cu+ +2e → Cu
陽極: 2H2O
...①
++
... ②
(2)
1.013×10 Paで336mL (=0.336L)の酸素 O2 が
極では0℃,
発生するので、このとき流れた電子 e の物質量は, ②式から,発生した
O2の物質量の4倍となる。
く, H2O が酸化される。
●SO2は酸化されにく
0.336L
22.4L/mol
-x4=0.0600 mol
1molの電子が流れたときの電気量は9.65×10Cなので,このとき流れ
た電気量は次のようになる。
9.65×10C/mol×0.0600mol=5790C
また、この電気分解では電流を32分10秒間流しているので,このとき流
れた電流の値を x[A] とすると, Q[C]=i[A] xt[s] から,
x [A]×(60×32+10)s=5790C
x=3.00A
(3) 陰極では, ①式から, 電子1mol で1/2molの銅 Cuが析出する。
この電気分解で流れた電子 e の物質量は0.0600mol, 銅のモル質量は
64g/molなので,このとき析出する銅の質量は,次のようになる。
64g/mol×0.0600mol×12=
-= 1.92g
295. 水酸化ナトリウム水溶液の電気分解
解答 (1) 陰極: 2H2O + 2e → H2+2OH-
陽極: 40H→ O2+2H2O +4e-
(2)3.86×10'C (3) 1.93×10 秒 (4) 3.60g
解説 (1) 白金電極を用いて, 水酸化ナトリウム NaOH水溶液を電
気分解するときの変化は,次のように表される。
陰極: 2H2O +2e→H2+2OH...
陽極: 40H
O2+2H2O+4e ...
②
(2)この電気分解では,陰極に水素 H2, 陽極に酸素 O2が得られる。 こ
のとき,電子 4mol で H2 が2mol, O2 が1mol 発生する。 両極で発生し
また気体の体積の合計が0℃, 1.013×10 Paで6.72Lであったので,こ
のとき発生した水素と酸素の体積は,
H₂ 6.72LX-
2
2+1
=4.48L
02:6.72L×
1
2+1
=2.24L
①式から発生した水素 H2 の体積 4.48L を用いて, 流れた電子の物質
量を求めると、次のようになる。
4.48L
×2=0.400mol
22.4L/mol
1molの電子が流れたときの電気量は9.65×10 Cなので,このとき流れ
また電気量は次のようになる。
9.65×10*C/mg
(3) この電気分解では, 2.00Aの電流を流しているので、電流を流し
間をIS
3.86×10'C=2.00 Axt[s]
t=1.93×10's
(4) 電気分解で発生した両極の気体を燃焼させると、 水H2O が生じる。
2Hz+O2 → 2H2O ...③
③式から, 0℃, 1.013×10 Pa で4.48Lの水素 (=0.200mol) と2.24L
の酸素 (=0.100mol) が反応すると, 水H2O (モル質量18g/mol) 0.200
mol生じるので, 生じた水の質量は,次のように求められる。
18g/mol×0.200mol=3.60g
296.直列電解
解答 (1) 0.50mol (2) (イ) (3) 2.8L (4) 塩基性
電解槽を直列につないで電気分解を行うと、各電解槽には同じ
電気量の電流が流れる。
(1) 流れた電気量 [C] は, 電流 [A] ×時間 [s] で求められる。
10A×60×80+25)s=4.825×104C
9.65×10‘Cで電子1mol が流れるので,
4.825×10c
9.65×10+C/mol
-= 0.500mol
(2) 電極A (陽極)では,次のように銅が溶け出す。
Cu→ Cu2+ +2e-
電子1molでCu (モル質量 64g/mol) が 1/2mol溶けるので、
64g/mol×0.500molx
1
2
= 16.0g
したがって,質量が約16g 減少する。
(3)電極C (極)では,次のように酸素が発生する。
2H2O → O2+4H++4e-
電子1mol で O2が1/4mol 発生するので, 0.500mol の電子では、
1
22.4L/mol × 0.500molx =2.80 L
4
m
THOS
(4)電極D(陰極)では, Na+は変化せず, 水分子が還元されて水酸化
物イオンを生じるため, 電極D付近の水溶液は塩基性を示す。
2H2O +2e→ H2+2OH-
●電池の正極に接続した
電極が電気分解の陽極と
なる。 したがって,本間
の図では,Aが陽極, B
が陰極、Cが陽極, Dが
陰極となる。
②陽極に銅や銀などの金
属を用いて電気分解を行
うと, 極板が溶け出す。
Na+ は還元されにく
く, H2O が還元される。
E10.1
隔膜は,陽極室と陰極室の水溶液の混合を防ぐために用いられる。
Check 直列電解・ 並列電解
隔膜を通って, Na+ が
右側(C→D), SO が
左側(D→C)に移動する。
直列電解
並列電解
電解槽 I, IIに流れる
電気量は等しい。
電解槽 I に流れる電
気量と電解槽IIに流
④
②O2の体積から求めて
le
+
Le
れる電気量の総和が
回路全体を流れる電
気量に等しい。
電解槽I
もよい。
2.24L
22.4L/mol
-x4
電解槽
0.400mol
0.200mol
2 H20 +20 H₂+ 201
401 - 02+2 H ₂O + q e¯
(2+12) + 02 → 2 H₂O
0.400mol?
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