電気分解－正解・解説｜センター試験演習「化学Ⅰ」【高校化学Net参考書】

問題情報

単元	電気分解
年度	2009年度
問題番号	化学Ⅰ－第2問－問4
配点	a‐3，b‐4
計算問題	○
難易度	難しい

正解

a‐④　陽極ではH₂Oが還元されてH₂が発生する。

b‐②　選択肢②

解説

①　銅の析出は，次のように表されます。

　　　Cu^2＋　＋　2e^－　→　Cu

これより，流れる電子e^－の物質量〔mol〕と析出する銅Cuの物質量〔mol〕が比例することがわかります（2：1）。また，電流を流す時間を2倍にすると，流れる電気量〔C〕も2倍になり，流れる電子e^－の物質量〔mol〕も2倍になります。流れる電子e^－の物質量〔mol〕が2倍になれば，析出する銅Cuの物質量〔mol〕も2倍になり，その質量〔g〕も2倍になります。

②　電流を2倍にすると，流れる電気量〔C〕も2倍になります。以下，①と同様に，析出する銅の質量〔g〕も2倍になります。

③　電気分解における「陰極」は，外部電源の負極とつながっている電極です。電池の負極からは電子e^－が流れ出していますので，その電子が陰極に流れ込み，反応物（左辺の物質）となります。電解槽中に存在するCu^2＋，SO₄^2－，H₂O（溶媒），H^＋（塩の加水分解により酸性になっている）のうち，最も電子e^－を受け取りやすいCu^2＋が反応して銅Cuを生じます。

④　陽極では，陰極とは逆に電子e^－を外部電源に送る反応が起こります。このとき，マイナスの電気をもつ電子e^－が離れていくので，反応した物質にはプラスの電気が多く残ります。つまり，酸化数が増加するはずです。H₂OからH₂が生じるときのHの酸化数の変化は，＋1→0と減少しているので，誤りだとわかります。

　ちなみに，陽極ではH₂Oが酸化されてO₂が発生します。このときのOの酸化数の変化は，－2→0と増加しています。

⑤　陰極での変化は，　Cu^2＋　＋　2e^－　→　Cu　です。
また，陽極での変化は，　２H₂O　→　O₂　＋　４H^＋　＋　４e^－　です。

　SO₄^2－は反応物にも生成物にも入っていませんので，物質量は変化しません。

b　まず，流れた電気量を求めます。電流〔A〕と時間〔秒〕の積が電気量〔C〕になります。よって，流れた電気量はtI〔C〕です。ただし，電子は負の電荷をもっていますので，－tI〔C〕と表します。

　次に，流れた電子e^－の個数を求めます。1molの個数がアボガドロ数ですので，物質量〔mol〕とアボガドロ数Nの積が個数になります。陰極の反応式の係数比より，電子e^－の物質量〔mol〕は析出した銅Cuの物質量〔mol〕の2倍です。

析出したCuの質量がm〔g〕，原子量がCu＝64なので，その物質量は銅の物質量です。電子の物質量はその2倍なので，です。個数はそのN倍なので，電子の個数です。