水の電気分解について教えて下さい

質問

水の電気分解の際に水酸化ナトリウムや硫酸を入れますが、その時の反応式を見るとNa+やSO4(2-)は反応していません。もちろんそれぞれ電極付近に移動しているとは思うのですが、実際にこれらは何をしているんですか？教えて下さい！！
また電気分解について電気化学的に総括して教えて頂けるととても助かります。

ネットや電気化学の本などで調べた結果、支持塩は電解液中の電荷の偏りを打ち消すために使われたとか、電極付近の電荷の中和に使われたとか書かれていて良く分かりませんでした。どのようにしてその電荷が発生して打ち消されたのかあたりで当方止まっています。

回答No.2

KamoLife · ベストアンサー

そもそも、電気分解時、陰極と陽極の間の電位は直線的に変化しているわけではなく、
全体の電位差
　＝ A.陽極付近約1mmに発生する電位差
　　　＋B.電解液中(両極間)に発生する電位差
　　　＋C.陰極付近1mmに発生する電位差
という感じで、分けられます。

重要なのは、反応するかしないかに関わるのは全体の電位差ではなく、
各電極付近の電位差(AとC)ということです。

純水の場合、Bの部分が非常に大きく「電解液中の電荷の偏りがある」状態。
一方、電解質を加えるとBの部分が小さくなり「偏りが打ち消された」状態になります。
（どうしてなるのか、は話が複雑になるので割愛。
　「そういうものだ」とでも思っておいてください）
ここで同じだけの電圧をかけた（「全体の電圧」が同じ）とすると、
前者の場合A・Cは小さくなり、後者だとA・Cが大きくなります。

ABCがどれだけなのか、その値や変動を正確に把握できるのであれば、
純水で実験しても問題ないのですが、面倒ですよね？
ナトリウムイオンや硫酸イオンなど（支持電解質）を加えるのは、
Bを小さくし、実験を容易に、かつ正確に行うためなのです。

さて、ここで心配なのはこれらの物質が電気分解の邪魔をしないかと言うことですが、
ナトリウムイオンの還元や硫酸イオンの酸化は水の電気分解に比べて非常に起こりにくく、
水の電気分解程度の電圧では全く反応が起こらないのでご安心を。

また、加える物質によって陽極・陰極で発生する反応が変化しますが、
いずれの場合も発生するのは水素と酸素で、
分解のしやすさ(分解電圧)も同じなので問題ありません。

こう言う物質を選んで支持電解質として用いているのです。
逆を言えばそうでない物質、たとえば塩酸は
支持電解質としては不適切で、使うことが出来ません。
酸素よりも塩素の方が発生しやすいので、
実験時、陽極で余計な反応が起こってしまうからです。

というわけで、簡単に纏めれば、
「支持電解質は、電位差を電極付近に集中させて、計測を容易かつ正確にするために用いられる」
ってことで、回答とさせていただきます。

お礼

自分でも電気化学勉強しなおします。
回答ありがとうございました

補足

求めている回答としては完璧です。
しかし当方の常識知らずのために～に発生する電位差の辺りが良く分かりません。もう少しだけ分かりやすく説明していただけるとありがたいです＆結局、支持電解質のイオン達は偏りを打ち消した時どんな式？状態？になっているんでしょうか、教えて下さい。
あと電気化学のどういった項目を勉強すればよいか教えて下さい。

Q1～に発生する電位差の辺りをもう少しだけ分かりやすく教えて下さい。
Q2支持電解質のイオン達は偏りを打ち消した時どんな式？状態？になっているんでしょうか教えて下さい。
Q3電気化学のどういった項目を勉強すれば電気分解についての理解が得られるか教えて下さい。（支持電解質や電極反応がおきるから電流が流れるなどが知りたく反応速度などは除く）

回答No.3

Kemi33

以前に類似の質問がありました。参考になるかもしれません。

　・http://oshiete.eibi.co.jp/kotaeru.php3?q=102234
　　QNo.102234 水の電気分解でのイオンの役割は？

参考URL：

http://oshiete.eibi.co.jp/kotaeru.php3?q=102234

補足

この質問は見たのですがいまいち分かりませんでした。
よろしければ簡単に説明していただけませんでしょうか？

回答No.1

yukimin387

純粋な水は電気を通さないので、電気を通すために入れていると思います。
濃度が薄いのであまり反応しないことになっているだけだと思います。
それなりの濃度の食塩水を電気分解すると、塩素が発生したりナトリウムが析出したりする（水があるのですぐに再溶解する？）と思います。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E6%B0%97%E5%88%86%E8%A7%A3

補足

自分の説明不足ですいませんが電気化学的に説明して下さい。
回答ありがとうございます、引き続き回答お待ちしています。