- 締切済み
電気分解について
電気分解の陽極の反応で電極に白金等を用いているときは、電極の溶解は起こらずに溶液中の陰イオンが反応しますよね。問題集では、「陰イオンが共存する場合、電荷を失いやすいものから優先して酸化される」と書いてあります。この考え方でOH-とCl-が共存する場合(塩化ナトリウムの電気分解等でよくでてくる)を考えたいのですが、その問題集に参考資料として載っている酸化還元電位をみると、2Cl-→2e- + Cl2(g)(濃度1mol/l)が-1.36V、H2O→2e- + 1/2O2 + 2H+(濃度10^(-7)mol/l)が-0.82Vでこれによると、酸素が発生する反応の方が起こりやすいということになりますよね。ところが別の問題集では「食塩水の電気分解で、濃度が大きいときは陽極の反応で塩素ガスを発生するが、濃度が小さくなると酸素ガスが発生する」と書いてありました。濃淡電池の起電力がとても小さいことから考えて、濃度による酸化還元電位の変化は-1.36Vと-0.82Vの差0.54Vを逆転させるほど大きなものになるものとは思えないのですが、どう解釈すればよいのでしょうか?実際の塩化ナトリウムの電気分解では陰極ではどのような反応がおきているのですか?(ほとんどの問題では塩素発生のみとしているようなのですが)大学受験レベルでお願いします。
- ponmasa
- お礼率41% (7/17)
- 化学
- 回答数6
- ありがとう数3
- みんなの回答 (6)
- 専門家の回答
みんなの回答
- T-Ein
- ベストアンサー率54% (6/11)
初めて質問に回答します. 電気化学の勉強を最近はじめたばかりの人間なのであまり自身は無いのですがご参考にしてください. 結論から言うと,”酸素発生量が非常に少ないだけ”だと思います. つまり陽極では塩素と酸素の両方が発生するが塩素発生が目立っているだけだと言うことです. 陽極での反応を簡単に説明します. NaCl濃度1mol/l,H+濃度10^-7mol/l→PH=7の条件下で電位を上げると,まず0.82VでH2Oが酸化されO2が発生します.更に電位を上げると1.36VでCl-イオンが酸化されCl2が発生し,これ以上だとO2,Cl2の両方が発生することになります. これはZincerさんの仰っているネルンストの式より計算できます. しかし,Cl2生成とO2生成では電位に対する反応速度が全く違います. 反応速度は酸化された際に放出する電子の数,つまり電流に依存します. この電流と電圧の関係はバトラー・フォルマー(Butler-Volmer)の式が成り立ちます. Butler-Volmer式を簡単に書くと i=C1exp(-G/RT)[exp(C2E/RT)-exp{C3E/RT} C1,C2,C3:定数 R:気体定数 T:温度 E:電位 G:活性化エネルギー となります. この式から同じ温度,同じ電位でも活性化エネルギーが異なれば電流値が異なることを意味します. ここで注目すべきは活性化エネルギーが小さいほど電流値(反応速度)が大きいことです. 活性化エネルギーとは原系から生成系へ移るまでのエネルギー差のことです. ここではCl-イオン→Cl2になるのに必要なエネルギーであり,H2O→O2になるのに必要なエネルギーのことです. 今,手元に活性化エネルギーに関するデータが無いので計算はできないですが,Cl-イオン→Cl2のエネルギーの方が小さいと思います. これは,Cl-イオンがCl2になる変化に比べ,H2OがO2になる変化の法が複雑であることから推測できます.O2分子はO-H結合が切れ,できた酸素原子が電極表面で拡散し,隣にきた酸素原子とO=O結合をつくり生成する.活性化エネルギーはこれらの足し合せになります. 従って,活性化エネルギーは電極の材質にも依存します. まとめるとこのようになります. NaCl濃度1mol/l,PH=7の条件下で白金電極を用いた電気分解では活性化エネルギーがCl-イオン→Cl2の方が小さいため,目に見える反応は塩素発生である.しかし,微少ではあるが酸素も発生している.
助かりました。ありがとうごさいます。
- Zincer
- ベストアンサー率44% (89/202)
edogawaranpoさんへ 「活量」「活量係数」「濃度」の使い方がばらばらです。 「活量」=「活量係数」×「濃度」 と、なります。 つまり#2の回答では「活量」と「活量係数」が混在し、#3では「活量係数」を説明しようとしていますが、若干ニュアンスが違いませんか? 簡単に言えば、「活量係数」とはある濃度での「反応物質の能率(能力)」みたいな物で、すべての反応に関係するイオンや分子がどれくらいの実力を出しているか(あるいは出し得るか)の割合で、その能力を考慮して換算した濃度が「活量」と言えます。 ponmasaさんへ 「濃淡電池」を知っているということは、ネルンスト(Nernst)の式はご存知でしょうか? 実際に反応に関係しているのは電極表面でのイオンの濃度(厳密には活量)であること考えると理解は出来ないでしょうか? 高校レベルではないかもしれませんが、実際の反応では電極表面でイオン等が消費されるため、溶液中での濃度よりもかなり低くなることは考慮しないといけません。
>かつ量 「活量」と書きます。おそらく高校での受験勉強のレベルを超えた内容(高等学校化学クラブ程度)です。 電気化学反応が起こるときに. A+e → .... という反応が.100%起こるわけではありません。すべての反応が起こる場合をかつ量を1.まったくおこらない場合のかつ量を0として.溶液の中に存在する物質のうち.反応に関係する割合をかつ量といいます。
電気化学反応は.電極表面の化学反応がりっそくとなる場合と電極表面への物質移動がりっそくとなる場合の2通りがあります。 >その問題集に参考資料として載っている酸化還元電位をみると、 以下の内容は.化学反応がりっそくとなる場合.かつ.濃度が1もる/l.かつ.かつ量が1である場合にかぎられます。 平衡電位の計算では.3%程度では.たしか.塩素のかつ量は0.5-0.1程度(記憶があやふや)で濃度依存. 水のかつ量は1.濃度は55モルでほぼ一定. 水の移動は.水素結合によりほぼ瞬時. 塩素の移動は.拡散則がまともに効いて.電流密度によっては電極周辺の塩素がほとんどなくなるような状態になります。 したがって.かつ量・電流密度によっては反転可能な領域です。ほぼ同じような電位で両方のガスが発生します。ガスクロやガスマスがさびるという理由で.報告はきわめてすくないです。 >別の問題集では の内容は.時間変化を追いかけていませんよね?。はじめは塩素が十分含まれていて.時間とともに塩素がなくなり.か性ソーダ水溶液になるので酸素が出るといういみでしょうか。
- hajime40
- ベストアンサー率38% (192/498)
>「食塩水の電気分解で、濃度が大きいときは陽極の反応で塩素ガスを発生するが、 > 濃度が小さくなると酸素ガスが発生する」 これはおかしいんじゃないですか?溶液中に塩素イオンがなくなった時点で、酸素が 発生するのであって、濃度がどうのこうのと言うことではないと思いますよ。 >実際の塩化ナトリウムの電気分解では陰極ではどのような反応がおきているのですか? 陰極にはナトリウムイオンが集まってくるだけで、何も発生しなかったんじゃなかったか な?(水素は発生しなかったように思えるのですが・・・。自信ないです。)
補足
すいません、質問の最後の部分は陰極ではなくて陽極です。書き間違いました。
関連するQ&A
- 電気分解で発生する気体について
表題の通りなのですが、 例えば、NaCl水溶液を電気分解するとき、 高校では確か、H2とCl2が発生するということを学びます。 しかし、大学でネルンストの式を勉強して思ったのですが、 Cl2 + 2e- = 2Cl- E = 1.36 - 0.059log[Cl-] vs NHE O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O E = 1.23 + 0.059log[H+] vs NHE ですので、どちらの反応が進むかは塩化物イオン濃度とpHに依存すると考えられます。 たとえば、[Cl-] = 0.5 M,pH=7のときは、 E(Cl) = 1.38, E(O) = 0.817 ですので、この電極に、1.3 V vs NHE の電圧をかけたときは、 塩素発生ではなく、酸素発生の反応が進行すると考えていいのでしょうか? また、1.5 Vとかかけたときには塩素発生も酸素発生も両方なのでしょうか? あるいは、片方だけなのでしょうか? 教えてください。よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 化学
- 電池 電気分解について
すみません 電極反応で電池や電気分解で正極負極陽極陰極のはっきりとした区別のつけ方があいまいで困っています 電圧電位などを考えたうえでの 忘れにくいようなはっきりとした定義を教えてもらえませんでしょうか 電気分解と電解は違うものでしょうか 宜しくお願いします
- ベストアンサー
- 化学
- 電気分解のとき反応する物質
電気分解をしたとき、陰極や陽極での反応する物質は、電子をひきつける力の強さの順である「酸化還元電位」に従って決まると聞きました 陰極においては酸化還元電位が大きい物質、陽極においては逆に小さい物質が反応するというふうに 例えば、硝酸銀水溶液を白金電極で電気分解すると陽イオン中で一番電子をひきつける力の強い銀イオンが陰極で反応しますよね しかし、酸化還元電位の表を見てみるとAg+より、(NO3-)+(4H+)+(3e-)⇔(NO)+(2H2O)の式のほうが酸化還元電位の値が大きいですよね NO3-は陰イオンですが、これはNO3-のほうがAg+より電子を引き寄せる力が強いということではないでしょうか それなら陰極では、Ag+よりNO3-のほうが反応しそうだと思っちゃうんですがなぜそうならないんですかね
- ベストアンサー
- 化学
- 電気分解の問題の実験について
図2に示すように、電解槽Aに200mLの1mol/L硝酸銀水溶液、電解槽Bに200mLの1mol/L塩化銅(II)水溶液を入れて、電気分解の実験を行った。 (1)電解槽Aの陽極と陰極の反応と電解槽Bの陽極と陰極の反応をそれぞれイオン反応式で表せ (2)また、Aの白金電極を銀電極に替えたときの電解槽Aの陽極と陰極の反応を表せ (3)最後にBの炭素電極を銅電極に替えた時の電解槽Bの陽極と陰極の反応を表せ 何ですが (1)はAの陽極は2H2O→O2 + 4H+ +4e- 陰極はAg+ + e-→Ag Bの陽極はCu2+ +2e-→Cu 陰極は2H2O+2e-→O2+ 4H+ +4e- になると思うのですが(2)、(3)がわからないので解答を教えてくださるとうれしいです また(1)も解答がないのであってるかの確認をお願いします
- ベストアンサー
- 化学
- 陽イオン交換膜法を使った電気分解の問題についてです
イオン交換膜で仕切ったA室(陽極、炭素電極)およびB室(陰極、白金電極)に、 1.000mon/Lの塩化ナトリウム水溶液を500mLずつ入れ、電気分解を行った。 電気分解後、A室の塩化ナトリウム水溶液の濃度は、0.900mol/Lになった。 ただし、電気分解の前後で、A室およびB室の溶液の体積は変わらないものとする。 次の問いに答えよ。 (1)電気分解で流れた電気量は何C(クーロン)か。有効数字3桁で答えよ。 ファラデー定数は9.65×10の4乗とする。 (2)電気分解後、B室の溶液の一部を取り出し、純水で100倍に薄めた。 この溶液のpHはいくらか。整数で答えよ。 これらの問いが、今まで習ったことを使ってもいまいち良く分かりません; 計算式を主に教えていただけますか? 解説として、参考にする半反応式やなんの数値を使っているのか(例えば、「塩化ナトリウムのmol/L」など・・・)などをつけていただけると、なおありがたいですm(_ _)m ちなみに回答だけは載っています。 (1)4.83×10の3乗C(クーロン) (2)11 です。
- ベストアンサー
- 化学
- 塩化銅を電気分解すると…
塩化銅(CuCl2)を電極を銅にして電気分解をした時の陽極・陰極での反応をそれぞれ教えてください。 化学の先生に聞いてみたのですが先生を悩ませてしまい答えが出ませんでした。 できるだけ早くお願いします。
- ベストアンサー
- 化学
補足
ご返事ありがろうございます。少しご説明願います。かつ量とはなんなのでしょうか?