勉強法

電池電気分解の計算問題の正答率を上げるために重要になる基本問題の絶対的なプロセス

電池電気分解の計算問題の正答率を上げるために重要になる基本問題の絶対的なプロセス

電気分解の基本問題をつまることなく解けないと計算問題で時間は絶対に足りない



センター化学などでも電気分解の計算問題は頻出ですが、水溶液を電気分解したときの正極負極の反応式を瞬時に答えられない受験生は計算スピード以前の問題で本当に解くのが遅いです。

しかも反応式の時点でつまずいている人は、計算問題で少しでもひねられると途端に手が止まります。

電気分解の計算問題が漠然と苦手だな、と感じている人は水溶液を電気分解したときに陽極・陰極で起きる反応を求める基本問題の理解が甘いことが多いですよ。


水溶液の電気分解の反応式を求める絶対的なプロセス



例題
次の水溶液を電気分解したときの陽極陰極の反応式を答えよ。
    AgNO3水溶液 (陽極Pt 陰極Pt)



こういった電気分解の問題を解くための絶対的なプロセスは3ステップになります。

  1. 陽極なら陰イオン、陰極なら陽イオンを列挙する

  2. イオン化傾向の小さいものを選ぶ

  3. 水溶液の液性に注意して、単体が生成される反応式をつくる



順番に説明します。まず例題の陽極で考えると、絡んでくるのは陰イオン。プラス極の逆の、マイナスの方が絡んでくると覚えておくといいですね。

水溶液中に存在する陰イオンはNO3-だけじゃないです。水溶液ではH2Oが電解してH+とOH-が存在しているので、OH-もカウントする必要があります。

次にNO3-とOH-でイオン化傾向を比べます。陰イオンのイオン化傾向はNO3->SO42->OH->Cl->Br->I-ですので、イオン化傾向が小さいのはOH-

最後に「水溶液の液性に注意して」と書きましたが、これはH+は酸性中でしか、OH-は塩基性中でしか電気分解の反応式を作ることはできず、それ以外ではH2Oとして反応式に出てきます。

今回はAgNO3水溶液なので中性ですね。先ほど電気分解で絡むのはOH-だとわかりましたが、中性水溶液での電気分解ではOH-はH2Oとして出てきます。よって陽極の反応式は2H2O→O2+4H++4e-となります。

同じように陰極で考えると、まず陽イオンはH+とAg+で、イオン化傾向が小さいのはAg+。これが単体になる反応式を考えると、Ag++e-→Agと出来ます。

基本的には以上ですべての問題が解けますが、陽極がCuのときは、陽極の反応式は必ずCu→Cu2++2e-が起こるという例外が1つだけあるので、注意して下さい。


練習問題


問題




次の水溶液を電気分解したときの陽極陰極の反応式を書け。
 (1)NaCl水溶液 (陽極C 陰極C)
 (2)H2SO4 (陽極Pt 陰極Pt)
 (3)CuSO4 (陽極Cu 陰極Cu)

解説


(1)陽極ではOH-とCl-のイオン化傾向を比べ、小さいのはCl-。これから単体を生成するためには2Cl-→Cl2+e-。陰極はH+とNa+を比べ、H+。ここで液性は中性なので、2H2O+2e-→H2+2OH-

(2)陽極ではSO42-とOH-のイオン化傾向を比べ、反応するのはOH-です。また液性は酸性なので、OH-の形では反応せず2H2O→O2+4H++4e-。陰極はH+のみで、酸性なのでそのまま2H++2e-→H2になります。

(3)陽極はCuなので、例外のやつですね。陽極がCuのときは、陽極自体が溶けてCu→Cu2++2e-です。陰極はCu2+とH+のイオン化傾向を比べてCu2++2e-→Cuになります。