中等部３学年のチャレンジ問題－電池・電気分解編－です。基本から難問まで幅広くありますから，頑張って下さい。また，各問題の解答もあります。きちんと最後まで解いてから答えを合わせましょう。

1 硫酸銅（Ⅱ）水溶液に白金電極を浸した電解槽Ⅰと希硫酸に白金電極を浸した電解槽Ⅱを図のようにつなぎ，鉛蓄電池から7.0Aの電流（電流計での値）を16分5秒流したところ，電解槽Ⅰの陰極板の質量が1.27g増加した。

(1) 流れた電気量の総量は何Cか。
(2) 電解槽Ⅱに流れた電気量は何Cか。
(3) 電解槽Ⅱに流れた電流は何Aか。
(4) 電解槽Ⅰの陽極で発生した気体は標準状態で何lか。
(5) 電解槽Ⅱの陰極で発生した気体は標準状態で何lか。
(6) 電解槽Ⅱで電気分解された水は何gか。

2 硝酸銀水溶液に白金電極を入れ，0.50Aの電流を16分5秒間流した。次の問いに答えよ。
(1) 両極で生成する物質はそれぞれ何か。
(2) 流れた電気量は何Cか。
(3) 析出した金属の質量は何gか。
(4) 発生した気体の質量は何gか。またその体積は，0℃，1atmで何mlか。
(5) 陽極付近の溶液中に増加するイオンはあるか。あるときはイオンの記号を記せ。
(6) 陽極を銀として電気分解したとすると，どういう変化がどれだけ起こるか。
(7) 両極を銀とするとき，両極での反応をe-を含む反応式で表せ。

　

3 次の文を読み，下の問いに答えよ。

　希硫酸をビーカーに入れ，その中に亜鉛板と銅板を一定の間隔を保って浸した。これらの金属板を液の外で導線で結合したところ，①銅板の表面から激しく気泡が発生し，また，銅線の途中に豆電球を入れておくと発光するのがみられた。しかし，②しばらくたつと，気泡の発生も豆電球の発光もしだいに弱くなってしまった。

（1）このような化学反応によって生じる電流を取り出す装置を何というか。
（2）上の現象①を電子e－を用いて，イオン反応式で表せ。
（3）上の現象②は何と呼ばれるか。
（4）豆電球を継続的に点灯させておくためには，どうすればよいか。理由を付して説明せよ。
（5）上の方法により1Aの電流を継続的に流すことができるものとすると，亜鉛板の6.5gが溶け出すためには，およそ何時間かかるか。小数第1位まで求めよ。

　

解答

1 (1)6755C　　(2)2895C　　(3)3A　　(4)0.224l　　(5)0.366l　　(6)0.27g

【解説】
(1)7.0×(16×60+5)=6755(C)
(2)Cu2+ + 2e- → Cu より，Cu 1.27g=1.27/63.5=0.02molだから，
　6755-(0.02×2×96500)=2895(C)
(3)2895/(16×60+5)=3(A)
(4)Ⅰに流れている電子は0.04molであるから，4OH- →O2 + 2H2O + 4e- より，酸素が0.01molできる。
　∴22.4×0.01=0.224l
(5)Ⅱに流れている電子は2895/96500=0.03molであるから，2H+ + 2e-→H2 より，水素が0.015molできる。
　∴22.4×0.015=0.336l
(6)2H2O → 2H2 +O2 より，水素のモルと同じだけ水は分解されていることになる。よって，0.015×32=0.27(g)

　

2 （1）陽極：O2　陰極：Ag 　（2）4825C　（3）54g　（4）0.4g，280ml　（5）H+　（6）陽極の銀が溶ける
　（7）陽極：Ag → Ag+ + e-　　陰極：Ag+ + e- → Ag

【解説】
（1）陽極：4OH- →O2 + 2H2O + 4e-　　陰極：Ag+ + e-→Ag
（2）0.50×(16×60+5)=4825(C)
（3）流れた電子の物質量は，4825/96500=0.05(mol)。よってAgは，108×0.05=54(g)
（4）O2=32より，0.05×1/4×32=0.4(g)　標準状態での体積は，0.05×1/4×22400=280(ml)
（6）陽極に白金，金以外の金属を用いると，その金属がイオンとなり，電子を供給し始める。
（7）(6)より，陽極は銀が溶けるという反応をし，陰極は変わらない。

　

3 （1）（化学）電池　　（2）2H＋ ＋ 2e－ → H2　　（3）分極　　（5）5.4時間
　（4）銅板に発生する水素が分極を起こすため，減極剤を用いて酸化させ，水にする。

【解説】
（5）亜鉛が溶け出すとき，Zn → Zn2＋ ＋ 2e－という反応をする。つまり亜鉛1mol分，65g溶け出すのに2molの電子＝2×96500Cの電気量が必要となる。従って，6.5g溶け出すには2×9650Cの電気量が必要である。電気量［C］＝電流［A］×時間［秒］より，必要な時間をx時間とすると，
　　2×9650＝1×x／3600　　　　∴　x＝5.36…≒5.4［時間］

　

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