ダニエル電池について

質問

ダニエル電池の仕組みと、半透膜の存在意義がいまいちわかりません。

まず、ZnSO4水溶液にZnの電極を入れて、なぜイオンになっていくのでしょうか。
水溶液中にはZn2+イオンがあるので、負極のZnがわざわざイオンになる必要があるのでしょうか？

また、これをCuSO4水溶液のみで行ってはだめなのでしょうか？
CuSO4水溶液で行えば、Cuよりイオン化傾向の小さいZnはZn2+として溶け出し、
正極では水溶液中のCu2+が析出してCuになり万事ＯＫな気がするのですが・・・

回答No.1

Ichitsubo · ベストアンサー

正極の溶液は硫酸ナトリウムでも構いません。
しかし、Znが溶け出してゆくのですから最初から硫酸亜鉛を使った方がいいですよね。また、水溶液中にはZn^2+が存在しているのでわざわざイオンになる必要があるか、という疑問はいい指摘です。
化学IIで取り上げられる化学平衡に関連しますが、硫酸亜鉛は出来るだけうすい方が効率がよいとされます。

では、半透膜も使わない場合や硫酸銅(II)水溶液だけのばあいはどうでしょう。電子がわざわざ外部の海路を通り遠回りをする必要がありますでしょうか。負極の亜鉛板の表面上で銅が電子を受け取り析出してしまって電池になりません。

回答No.2

c80s3xxx

>ZnSO4水溶液にZnの電極を入れて、なぜイオンになっていくのでしょうか。

そうなるかどうかはもう一方の電極次第です．
Znが溶解するときに発生する電子のエネルギーが，Cu2+をCuにするのに十分であるので，この反応が進行します．しかし，相手側の金属イオンを還元するのにもっとエネルギーが高い電子が必要な場合は，Znの溶解はおこりません．

>水溶液中にはZn2+イオンがあるので、負極のZnがわざわざイオンになる必要があるのでしょうか？

ここだけ見てはだめで，発生した電子によっておこる，もう一方の極の反応まで考えなくてはいけません．

>CuSO4水溶液で行えば、Cuよりイオン化傾向の小さいZnはZn2+として溶け出し、
正極では水溶液中のCu2+が析出してCuになり万事ＯＫな気がするのですが・・・

ある意味正解です．ただし，Cu2+がCuになる反応はZn電極上でもおこります．そうすると電気を外部に取り出せなくなります．そのため，Znの周りにはCu2+はいてほしくありません．

ではZn2+イオンは必要なのかというと，電気を発生させるだけであれば必要ありません．どうせ反応が始まればZn2+が溶け出てくるわけですし．
ダニエル電池は実用電池というより，酸化還元電位とか起電力とかの基礎を理解するための電池です．この電位とかを理論とあわせて議論するためには最初のZn2+濃度がわかっていることが必要です．
あと，Cu/Cu2+ と Zn/Zn2+ で，それぞれどういうことがおこるかを比較するためにも，Zn2+はあったほうがいいとか，そういう意味に過ぎません．