中2化学 水の電気分解

こんにちは!

こんなことを聞いたことありますか?
“純粋な水は電気を通さない”
では、こんなことも聞いたことありませんか?
“水の電気分解”
水に電気を流して分解する。
どっちやねん!笑
水は電気を通さないんやろ?なんで、電気を通して分解できるの?
この疑問に気付いた人はいたハズ笑
この疑問は、中学3年生で習う“イオン”が関係しています。
中学2年生で習う“水の電気分解”ですが、純粋な水は電気を通さないので、ある工夫をしています。
それは、
少量の水酸化ナトリウムを溶かす。
ということです。
他には、少量の硫酸を溶かす。場合もあります。
いじわるな問題では、“うすい水酸化ナトリウム水溶液に電気を流すと…”とか“うすい硫酸に電気を流すと…”とのような言い方をしているので注意が必要です。この場合、どちらも“水の電気分解”のことを表しています。

①【実験】水の電気分解

水の電気分解をするときは、以下のような実験で行います。

実験

H字管…アルファベットの”H”の形をしたガラス器具のこと
電源装置…電流を流すために使用する
ピンチコック…ただのクリップ

水酸化ナトリウム…純粋な水に加えることで、電気を通しやすくするため。
電極…炭素棒などを使う。

ピンチコックはただのクリップですが、実験前と実験中で””閉じたり”、”開いたり”します。
実験前…閉じる。水が流れてしまうから。
実験中…開ける。気体が発生し、H字管内の圧力が大きくなるのを防ぐため。

電極
電源装置につながれている極(プラス極もしくはマイナス極)によって、電極の種類が変わります。

電源装置のプラス(+)極にながれている…陽極
電源装置のマイナス(-)極につながれている…陰極

つまり、上の画像では、電極aが陽極になり、電極bが陰極になります。

②【解説】水の電気分解について

純粋な水に少量の水酸化ナトリウムを溶かした溶液に電気を流すとどうなるのでしょうか?
電流を流してしばらく経つと、電極a、電極bから泡が発生しました。さらに時間が経つとその泡の量は、気体Aの方が少なく、気体Bの方が多いという結果になりました。
この実験結果から、これらの泡の正体を確認していきましょう。
泡なので、発生したのは“気体”ですね。
では、どんな気体が発生してのでしょうか?
気体A
気体Aを集めて、火のついた線香を近づけました。すると…
線香の火が激しく燃えました
この結果から、気体Aは“酸素”ということがわかります。
気体B
気体Bを集めて、火のついたマッチを近づけました。すると…
マッチは音を立てて燃えました
この結果から、気体Bは“水素”ということがわかります。
つまり、水の電気分解をすると“水素”と“酸素”が発生するのです。
これを化学反応式でまとめると…
 水   → 水素 + 酸素
2H2O → 2H2 + O2

となります。

ここで、化学反応式の係数に注目してください。係数とは、化学式の前についている数字のことです。
水素(H2)の係数は、“2
酸素(O2)の係数は、“1”←省略されている
実は、この係数の比が発生した気体の体積の比になります。
先ほど、“その泡の量は、気体Aの方が少なく、気体Bの方が多い”という結果になりました。という実験結果になったんですが、
量が少ない気体Aは“酸素”になり、量が多いのは“水素”になり、その体積の比はちょうど1:2になります。
まとめると、
水素の体積:酸素の体積=2:1
ということです。
このことを知っていると、実験図を見ただけで、気体Aもしくは気体Bが何の気体なのかがわかります。
※補足
水の電気分解で発生する気体である、水素と酸素が発生する電極は決まっています。
中学3年生のイオンを学習すれば、理解できます。
水素は陰極で発生
酸素は陽極で発生
これは水素は酸素のイオンが関係しています。

③【問題】水の電気分解

問題
(1)うすい水酸化ナトリウム水溶液に電流を流したときに生成する物質は何か。(2つ)
(2)(1)の反応は化学反応の中でも何というか。
(3)(1)の 化学反応式を答えよ。
(4)実験を続けると、水酸化ナトリウム水溶液の濃度はどうなるか。
(5)水酸化ナトリウムを加えるのはなぜか。
(6)陰極に集まる気体は何か。
(7)陽極に集まる気体は何か。
(8)陰極に集まる気体の体積:陽極に集まる気体の体積は何対何か。
(9)実験開始前、図のピンチコックは開けておくか、閉じておくか。
(10)実験中、図のピンチコックは開けておくか、閉じておくか。

水の電気分解

解答
(1)水素、酸素
(2)電気分解
(3)2HO → 2H + O
(4)濃くなる
(5)電流を通しやすくするため。
(6)水素
※水素イオン(H)は、プラスの電気なので陰極に集まる
(7)酸素
※酸化物イオン(O2-)は、マイナスの電気なので陽極に集まる
(8)水素酸素
※化学反応式の右辺の水素と酸素の係数で覚える(
(9)閉じておく
(10)開けておく

④【まとめ】

中2化学1 体積比

中2化学1 まとめ

コメント

  1. あじさい より:

    わかりやすくて参考になりました。

  2. ベーカリー より:

    すごく分かりやすかったです。ありがとうございます。

  3. 管理人 より:

    >>ナバロさん
    ご質問ありがとうございます。
    純粋な水は電気を通しにくいので、少量の水酸化ナトリウムを水に溶かして、電気分解を行います。
    つまり、「うすい水酸化ナトリウム水溶液の電気分解」とは「少量の水酸化ナトリウムが溶けている水を電気分解する」ということです。

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