化学
高校生
解決済み
Aで鉄がイオンとなって溶け出すことはないのでしょうか？教えて頂きたいです。よろしくお願いいたします。
17-4 復習問題】 電気分解による濃
次の文を読んで、以下の問1~3に答えよ。 答の数値は有効数字2桁で記せ。 ただし、ファ
ラデー定数は9.65×10°C/mol とする。
だけを通す膜)で仕切り、 陰極室のAには塩化ナトリウム水溶液, B には硫酸ナトリウム水
極室のCには硫酸銅(II) 水溶液をいずれも 100mLずつ入れ, Aには陰極として鉄を
図のように、電解槽を陽イオン交換膜 (陽イオンだけを通す膜) と陰イオン交換膜(陰イオン
Cには陽極として銅を浸す。 この装置に 0.46 アンペアの電流を7分間流して,電気分解を
行った。
Fe
(+)
電流計
A
B
C
Cu
NaCl
水溶液
陽イオン 陰イオン
交換膜
交換膜
Na2SO4 水溶液
CuSO4
水溶液
問1 鉄電極で発生した気体の体積は, 0℃, 1.013×10 Pa (標準状態)で何mLか。
問2 この電解により,Cの溶液中の銅(II)イオン濃度は何mol/L増加または減少したか。
問3 電解後,Aの溶液を20mLとって, 0.050mol/Lの塩酸で滴定するとき,必要な塩酸の
体積は何mLか。
1 オン化傾向の小さいものから優先的に析出する。
こ
た
の順に析出
K+
Ca2+
Na+
Mg2
A13+ Zn2+ Fe2+
Ag+
Ni2+ Sn2+ Pb2+
H+
Cu2+ Hg2+
水中では析出しない。
融解塩電解で析出
※水中ではH+と競合して析出
イオン化傾向の順に析出
(例)
Ag+ + e
Ag (単体として析出)
(注)
H2 が析出するときの反応式は電解液の液性に応じて書き分ける必要がある。
(酸性条件下)
2H+ + 2e→
H2
(中性~塩基性条件下)
両辺に 20Hを加えて, H2O から析出した反応式に変える。
2H2O + 2e → H2 + 20H-
※H2のような気体が生成するためには,① 2H+ +2e→2H ② H原子とH原子の接近 ③2HH2の3段階を経て
起こるが、電極の種類によっては、このいずれかの段階が起こりにくくなる。このため, H2を発生させるためには、より高い電
圧が必要となる。(水素過電圧が高いという。 O2発生の場合は酸素過電圧という。またこれら過電圧の値は電極に用いる金属の
種類によって異なる。 特に水銀 Hg を電極に用いた場合はH2の発生はほとんど起きない。 このため, 水素より, イオン化傾向の
大きな金属単体を析出させるのに便利である。)
以上の理由により, H2の生成は起きにくい。 一方、金属の析出 M+ + ne → Mは起こりやすいため、Zn~ Pb のイオ
ン化傾向の金属はH2 と競合して析出することになる。 イオン化傾向がA1以上のものであれば,さすがに H2 が優先的に析出す
ることになり、金属単体が析出することはない。こうした理由から,A1以上のイオン化傾向の金属単体を析出させるには,
水溶液状態では不可能 (H2しか生成しないので)であり、その金属の化合物 (Al2O3 NaCl など) を融解状態にしてから電気
分解を行う必要がある。 (融解塩電解という。)
極陰イオン化傾向の小さいものから優先的に析出する。 ただし, 多原子イオン (3個以上の原子からなるイオン SO42-,
NO3-, PO43 など) 切断すべき共有結合数が多いため, 析出しない。
の順に析出
陰イオン
OH
Cl¯
Br-
I-
電気陰性度
3.5
3.0
2.8
2.5
析出単体
02
Cl2
Br2
I2
(例)
2C1-
Cl2 + 2e-
(注1) 02-は水中では必ず, H2O と 02 + H2O
2OH (酸塩基反応) を起こし, OHになっているので、その
OHから02 が生成することになる。 02 はきわめて強い塩基である。
(注2) O2が析出するときの反応式は電解液の液性に応じて書き分ける必要がある。
(塩基性条件下)
40H- → O2 + 2H2O +
OHHO
4e
2H₂O
OHO
O-HO
(中性~酸性条件下)
両辺に4H+を加えて, H2O から析出した反応式に変える。
2H2O → O2 + 4H+ + 4
(注3)
極板に Ag以上のイオン化傾向の金属を用いると、 陽極板自体が溶け出す。
高2Sα 2学期 68
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