電気分解の反応式について

質問

ＮaＯＨ水溶液の電気分解（白金電極）の反応式がわかりません。
両極では、なぜ下の反応が起こるのでしょうか？

陽極：　4OH- → 4e- + 2H2O + O2
陰極： 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- 　

ＮａＯＨ水溶液では、陽極においてＯＨ-が多く存在するために、ＯＨ-が
酸化される。
陰極では、Ｎａ+のイオン化傾向が大きいため、代わりに水分子
が還元されるというふうに自分では解釈してます。（あってるかなー？）
しかし、生成物（陽極のH2O、陰極のH2、OH-）は丸覚しないとダメなんでしょうか？

考えることが好きな性格なので、この反応式の作り方をゼヒ教えてほしいです。
どの参考書を見ても、結果の反応式だけしか書いてないんで・・。
お願いします。

回答No.3

a_hirata · ベストアンサー

平田と申します。

hajime40さん
NaOH　+　H2O　→　Na+　＋　H+　＋　OH-
ではなく
NaOH→　Na+　＋　OH-
ですよ。
強いて書くなら
NaOH　+　H2O　→　Na+　＋　OH- ＋　H2O
ですね。
H2O　・　H+　+　OH-の解離定数は10xe-14
なので無視できます。
あと、アルカリ溶液ではカチオンは生成しません。
よって、eatern 27さんが正しいというわけです。
陽極を　4H2O→ 4H+＋4e- + O2
とも書けますが、普通書きませんよね。
hajime40さんのは塩酸溶液とかだったら
正解だと思います。
その際は陽極で塩素が発生すると思いますが。

magoo5さん、
暗記はよくないですね。
よくみると陽極は酸素原子の酸化数が-2から0にかわり
酸化されています。陰極では0から-2に変わり還元
されています。酸化還元で電流が流れる訳ですので
反応物がわかればだいたい反応生成物は特定できます。鉛蓄電池なんか簡単に反応式が立てられる訳です。それぞれの元素についてのとりうる酸化数、
そしていろいろな酸化還元反応をよく勉強しましょう。


お礼

ありがとうございました。よくわかりました。
化学では、考えること、推測することが大事だということですね。
これを機にもっと勉強します！

回答No.2

eatern27

＞両辺の原子の数と電荷が合うように係数をつければよいのでしょうか？
いいと思いますよ。

2H2O + 2e- → H2 + 2OH-と2H＋ + 2e- → H2 についてですが、(個人的な意見)学校の先生に聞いた方がいいかも。

2H＋ + 2e- → H2 も間違いではないのですが、
2H2O + 2e- → H2 + 2OH-の方がいいと思いますよ。
理由
・2H＋ + 2e- → H2 だと反応前は酸性のように見える。
・陰極で、塩基性が強まっている事が分かりやすい。
・教科書にそう載っている。

ちょっと前までは2H＋ + 2e- → H2 と教えていたそうですが、1つ目(と2つ目?)の理由か何かで2H2O + 2e- → H2 + 2OH-と教える事に変わったそうですよ。
わずかしか存在しないH+が反応していると考えるよりは、多く存在しているH2Oが反応していると考えるのが自然と言う事だと思います。

お礼

ありがとうございます。
そういえば教科書も参考書も資料集も
2H＋ + 2e- → H2 ではなく、
2H2O + 2e- → H2 + 2OH-　と記述してありますね！
２つとも水素の発生を示していますが、確かにこの反応式のほうが陰極で、塩基性が強まっている事が分かりやすい点で優れていますね。
しかも、水の電離度はものすごく小さいから、水素イオンよりも水分子が酸化されてる確率が高いと考えたほうがよさそうですね。

回答No.1

hajime40

magoo5さんの書き方に疑問がありましたので、そのことについてまずはじめにお話ししたいと思います。
（教科書、参考書にそう書いてあったからかもしれませんが・・・。）

陰極、陽極でのイオン反応式が書いてありましたね。陽極からは、水酸化物イオンが電子を放出して酸素になり、陰極では、水が電子を貰って、水素と、水酸化物イオンに変わる、というように！

私が疑問に思ったのは、陰極での反応です。
つまり、水が電子を貰って水酸化物イオンと水素に変わる部分です。
なぜ、ここが、「水素イオンが電子を貰って水素に変わる」となっていないのでしょうか？
そこが不思議なのです。

というのは、例として水の電気分解は、水素イオンと、水酸化物イオンが、電子を貰って・放出して水素と酸素を発生させます。
（通常、水はほとんど電離していないので、少量の水酸化ナトリウムなどを加えて電離しやすくさせて電気分解を起こすのですがね。）

ということで、水の電気分解も、水酸化ナトリウム水溶液の電気分解も起こっている化学変化は同じということです。
つまり、
陽極：　4OH- → 4e- + 2H2O + O2
陰極：　2H＋ + 2e- → H2 　
となると思うんですけど・・・・。

つまり、水溶液中は、
NaOH　+　H2O　→　Na+　＋　H+　＋　OH-
となっていると思いますよ。
ただ、すべての水が電離しているわけではないのですが、H+とOH-の量が減ると、それを補充するように水が電離してH+とOH-になるわけです。
こういった式を見たことがないですか？
H2O　⇔　H+　+　OH-　　
（⇔の記号は厳密には違うのですが、最も似ている記号として使っています。）
つまり、H2OとH+＆OH-の間で、平衡を保って存在しているということなんですよ。（平衡って言葉を知っていますか？）

ですから、水溶液中には、Na+,H+,OH-の３種類のイオンがありますが、イオン化傾向の大小の関係から、Naは析出することなく水素が発生するのです。

>陰極では、Ｎａ+のイオン化傾向が大きいため、代わりに水分子 陰極、陽極での
>が還元されるというふうに自分では解釈してます。（あってるかなー？）
これは正しいと思いますよ。

>しかし、生成物（陽極のH2O、陰極のH2、OH-）は丸覚しないとダメなんでしょうか？
物質がどんな原子からできていて、その原子は陽イオンになるのか、陰イオンになるのか、イオン化傾向ではどれくらいの順位にあるのかということは丸覚えしなくてないけないでしょう。
でも、その後は、応用を効かせないと問題が解けないということでしょうね。まぁ、陽イオンと、陰イオンの組み合わせがどうなるのかという程度でしょうが・・・。（高校レベルでは、試験に出る事柄がほとんど決まっているので、暗記で十分なのでしょうけどね。）

以上、参考にならないかもしれませんが、見て貰うだけでもいいです。
それでは、がんばって勉強してくださいね。

お礼

hajime40さん、早速の返答ありがとうございます。

化学ＩＢの教科書で、陰極での反応式が、
2H2O + 2e- → H2 + 2OH-　　と書かれているのは、
「平衡」がまだ未習だからですね。
本来は、ＮａＯＨ水溶液中にも、少なからずＨ+が存在して
2H＋ + 2e- → H2 が生じているのですね（水の電離平衡から順次Ｈ+が供給される）
よくわかりました。スッキリしました。

補足

あと追加なんですけど、反応式については
普通の化学反応式のように、
反応物　→　生成物　を書いて、
両辺の原子の数と電荷が合うように係数をつければよいのでしょうか？