金属のイオン化傾向・電池・電気分解 ── 問題
基礎
- Pb と Cu では、どちらのイオン化傾向が大きいですか。 （ア Pb イ Cu）
- 常温の水と反応して水素を発生する金属はどれですか。 （ア 銅 Cu イ ナトリウム Na ウ 亜鉛 Zn エ 鉄 Fe）
- 希塩酸には溶けないが、硝酸には溶ける金属はどれですか。 （ア マグネシウム Mg イ 亜鉛 Zn ウ 金 Au エ 銅 Cu）
標準
- 亜鉛 Zn の板を 硝酸銀 AgNO₃ の水溶液に入れたとき、どうなりますか。 （ア 反応しない イ Ag が溶けて Zn が析出する ウ 両方とも溶ける エ Zn が溶けて Ag が析出する）
- ダニエル電池（Zn | ZnSO₄aq | CuSO₄aq | Cu）について、放電後に質量が減る電極はどれですか。 （ア 両方 イ 亜鉛板 ウ 銅板 エ どちらも変わらない）
- 水酸化ナトリウム NaOH 水溶液を白金電極で電気分解したとき、陰極 に生じる物質はどれですか。 （ア Cl₂ イ O₂ ウ Cu エ H₂）
- 1.4 A の電流を 1000 秒間流したときの電気量は何 C ですか。
- 電池と電気分解における酸化・還元の対応として正しいものはどれですか。 （ア 電池の負極と電気分解の陽極で酸化、電池の正極と電気分解の陰極で還元が起こる イ 電池の負極と電気分解の陰極で酸化が起こる ウ 電池の正極と電気分解の陽極で酸化が起こる エ 電池ではどちらの極でも酸化が起こる）
- 鉛蓄電池について正しいものはどれですか。 （ア 負極が PbO₂、正極が Pb イ 電解液は水酸化ナトリウム水溶液 ウ 負極 Pb・正極 PbO₂・電解液は希硫酸で、充電できる二次電池。放電すると両極に PbSO₄ が生じ硫酸が薄くなる エ 一次電池で充電できない）
発展
- 硫酸銅（Ⅱ）水溶液を白金電極で電気分解し、2.5 A の電流を 772 秒間流した。陰極に析出する銅の質量は何 g ですか。ファラデー定数を 9.65 × 10⁴ C/mol、Cu ＝ 64 とする。
- 白金電極で水を電気分解し、電子 1 mol 分の電気量を流した。陽極に発生する酸素は標準状態で何 L ですか。2H₂O → O₂ ＋ 4H⁺ ＋ 4e⁻、標準状態の気体 1 mol の体積を 22.4 L とする。
- 硫酸銅（Ⅱ）水溶液を「銅電極」で電気分解したとき、陽極で起こる反応はどれですか。 （ア 2Cl⁻ → Cl₂ ＋ 2e⁻ イ 2H₂O → O₂ ＋ 4H⁺ ＋ 4e⁻ ウ Cu²⁺ ＋ 2e⁻ → Cu エ Cu → Cu²⁺ ＋ 2e⁻（陽極の銅が溶ける））
- トタン（亜鉛めっきした鉄）に傷がついても鉄がさびにくい理由はどれですか。 （ア Zn のほうが Fe よりイオン化傾向が大きく、Zn が先に酸化されて Fe を守るから イ Zn が Fe を還元剤から守るから ウ Zn が Fe より硬いから エ Zn は空気中で酸化されないから）
- アルミニウムの製錬について正しいものはどれですか。 （ア アルミニウムは自然界に単体で存在する イ 鉄と同じように溶鉱炉で CO によって還元する ウ ボーキサイトを水に溶かして電気分解する エ ボーキサイトからアルミナ Al₂O₃ を取り出し、氷晶石とともに融解して電気分解する（溶融塩電解）。大量の電気を使うためリサイクルが重要）
金属のイオン化傾向・電池・電気分解 ── 解答
基礎
- ア Pb イオン化傾向：Li ＞ K ＞ Ca ＞ Na ＞ Mg ＞ Al ＞ Zn ＞ Fe ＞ Ni ＞ Sn ＞ Pb ＞ (H₂) ＞ Cu ＞ Hg ＞ Ag ＞ Pt ＞ Au。答え：Pb。
- イ ナトリウム Na Li・K・Ca・Na は常温の水と反応。Zn・Fe は高温の水蒸気と、Cu は反応しない。
- エ 銅 Cu Cu・Hg・Ag はイオン化傾向が H より小さく希酸に溶けないが、酸化力のある硝酸・熱濃硫酸には溶ける。Au は王水のみ。
標準
- エ Zn が溶けて Ag が析出する イオン化傾向の大きい金属が溶けて陽イオンになり、小さい金属のイオンが電子を受け取って析出する。入れた金属のほうが小さければ反応しない。答え：Zn が溶けて Ag が析出する。
- イ 亜鉛板 負極（Zn：イオン化傾向大）で酸化 Zn → Zn²⁺ ＋ 2e⁻、正極（Cu）で還元 Cu²⁺ ＋ 2e⁻ → Cu。電子は負極 → 正極、電流は逆。Zn 板は溶けて減り、Cu 板は増える。答え：亜鉛板。
- エ H₂ 陰極（還元）：イオン化傾向の小さい金属イオン（Cu²⁺・Ag⁺）は析出、Na⁺ などは析出せず水が還元されて H₂。陽極（酸化・白金電極）：Cl⁻ があれば Cl₂、なければ水が酸化されて O₂。答え：H₂。
- 1400 Q ＝ It ＝ 1.4 × 1000 ＝ 1400 C。
- ア 電池の負極と電気分解の陽極で酸化、電池の正極と電気分解の陰極で還元が起こる 電子が出ていく極（負極・陽極）で酸化、入ってくる極（正極・陰極）で還元。
- ウ 負極 Pb・正極 PbO₂・電解液は希硫酸で、充電できる二次電池。放電すると両極に PbSO₄ が生じ硫酸が薄くなる 自動車のバッテリー。充電は放電の逆反応。
発展
- 0.64 Q ＝ 2.5 × 772 ＝ 1930 C → e⁻ ＝ Q ÷ 96500 ＝ 2/100 mol。Cu²⁺ ＋ 2e⁻ → Cu なので Cu は e⁻ の 1/2 → × 64 ＝ 0.64 g。
- 5.6 O₂ 1 mol に e⁻ 4 mol。O₂ ＝ 1 ÷ 4 mol → × 22.4 ＝ 5.6 L。（陰極の H₂ は e⁻ 2 mol で 1 mol なので体積比 H₂：O₂ ＝ 2：1）
- エ Cu → Cu²⁺ ＋ 2e⁻（陽極の銅が溶ける） 陽極が Cu・Ag など溶けやすい金属なら電極自身が酸化されて溶ける。銅の電解精錬の原理。
- ア Zn のほうが Fe よりイオン化傾向が大きく、Zn が先に酸化されて Fe を守るから ブリキ（Sn めっき）は逆に、傷がつくとイオン化傾向の大きい Fe が先にさびる。
- エ ボーキサイトからアルミナ Al₂O₃ を取り出し、氷晶石とともに融解して電気分解する（溶融塩電解）。大量の電気を使うためリサイクルが重要 Al³⁺ はイオン化傾向が大きく水溶液の電気分解では析出しない（H₂ が出る）ので、融解した Al₂O₃ を電気分解する。
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