- ベストアンサー
水の電気分解で H2O が反応するのは何故?
38endohの回答
- 38endoh
- ベストアンサー率53% (264/494)
ご質問の内容は「(i) 水分子の電離の反応速度,(ii) 電極反応速度の大小関係はどうなっているか? また各々の反応速度の pH 依存性はどうか?」という問題に帰結されると思います。正解を得るには,これらの数字をデータ集や論文等で調べられるのが良いかと思います。 もし (i) > (ii) であれば,rei00 さんの質問文中にある(2)や(3)の半反応式は,電極反応の前に電離が起こり,結局はそれぞれ(1)と(4)と等価になります。逆に (i) < (ii) であれば,(1)と(2),(3)と(4)でそれぞれ異なった酸化還元電位を持つ別の電極反応になります。このような場合,水の酸化還元電位に非常に大きな pH 依存性が発生するでしょう。 これは私の妄想かもしれませんが,水の電離は複雑な電子移動の絡まない,直接的なヘテロリシスですので,電離の反応速度は非常に大きいと思います。よって,(i) > (ii) ではないかと思います。 (1) の水分子の電離の反応速度について,直接的な値を文献で探すのは大変かもしれません。そのような場合,プロトンの移動度が参考になるかもしれません。これでしたら pH 依存性のデータも揃うと思います。水溶液中におけるプロトンの移動度は他のイオンとは異なり,実際の化学種の電気泳動はなく,電離反応を利用した結合のホッピングにより移動します。つまり,電離の反応速度はプロトンの移動度からある程度推測できると思います。 (ii) の電極反応速度については,典型的な電流値から逆算することが可能でしょう。 もし参考になりましたら。
関連するQ&A
- 電気分解の反応式について
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。
- ベストアンサー
- 化学
- 水の電気分解に関する私の勘違い(?)を解いて下さい
水の電気分解において,陰極及び陽極で次の反応が起こって,それぞれ OH- や H+ が生成します。 陰極:2H2O + 2e- ―→ H2↑ + 2OH- 陽極:2H2O ―→ 4H+ + O2↑ + 4e- このままでは,電気分解の進行に連れて,陰極の OH- 濃度と陽極の H+ 濃度が高くなり,反応が止まります。通常は,支持塩の Na+ や SO4(2-) が,各イオンを中和したり,生成した OH- や H+ が移動して反応の停止を防いでいます。 だとすると,イオンの濃度勾配の生成を抑えれば,電気分解は進行すると思われます。例えば,次の様に行ないます。 ・陰極と陽極に別々の電解槽(溶液の流入,流出口のあるもの)を用意します。 ・陰極側に硫酸水溶液を,陽極側に水酸化ナトリウム水溶液を入れます。 ・陰極側に硫酸水溶液を,陽極側に水酸化ナトリウム水溶液を,それぞれ一定速度で流します。 ・電解槽に白金電極を入れ,電池をつなぎ,電気分解を行ないます。 この装置では,生じた OH- や H+ を電解槽から流出させる事で,電極部分のイオンの濃度勾配の生成が抑えられます。そのため,電池の寿命がある限り電気分解が進みます(?)。 そうすると,陰極側流出液には OH- が,陽極側流出液には H+ が,それぞれカウンタ-イオン無しに存在する事になってしまいます。これは納得いかないので,何処かで勘違いしていると思うのですが,何処かが判りません。 すみませんが,私の勘違いを指摘し,私を納得させて下さい。
- ベストアンサー
- 化学
- 電気分解で,電極と水分子の反応について
(1)蒸留水では,電気分解は進まないということになっています。 つまり,陰極,陽極では,H2O分子は,ほとんど反応しないと言うことだと思われます。 (2)一方,NaOHや,H2SO4などの水溶液中では,教科書では,これで覚えようとなっています。 陰極 2H2O+2e-→H2+2OH- 陽極 2H2O→O2+4H++4e- (2)では,水分子は,電極で反応できることになっています。 (1)の蒸留水では,できないということになっています。 (1)と(2)では何がちがうのでしょうか。 (2)で出来るのなら,(1)でも出来ないとおかしいはずです。 何が,起きているのでしょうか? よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 化学
- 電気分解を解いているときに...
電気分解に関する質問です。これの解き方について, 私の持っている参考書には以下のように書いてありました。 -------------------------------------------------- 陽極 (1) 白金,炭素以外→電極がイオンとなって溶け出す (2) ハロゲン化物イオンがある→その単体が生成 (3) その他→酸素が発生※1 陰極 (1) Zn よりイオン化傾向が低い→その単体が生成 (2) Al よりイオン化傾向が高い→水素が発生※2 ※1 酸性水溶液以外では,次の反応により電極付近は酸性になる。 2H20 → O2↑ + 4H+ + 4e- (塩基水溶液 4OH- → 02 + 2H20 + 4e-) ※2 酸性水溶液以外では,次の反応により電極付近は塩基性となる。 2H2o + 2e- → H2↑ + 2OH- (酸性水溶液 2H+ +2e- → H2) -------------------------------------------------- 私はこの手順を暗記して解いているのですが,硫酸ナトリウムを電気分解する問題で,良く分からない点がありました。 陽極の反応で(3)を適用し,硫酸ナトリウムは酸性水溶液だと思ったので,手順に従い以下の反応式を書いたら,正解でした。 (2H20 → O2↑ + 4H+ + 4e-) しかし,陰極での反応は酸性水溶液の反応を書いたら間違いでした。 (2H+ +2e- → H2) なぜでしょうか。 また,なぜ※1や※2のようなことが起こるのでしょうか。ここさえなければ電気分解は簡単なのですが…。高校の範囲ではとりあえず暗記しておけ,という項目なのでしょうか。 分からない言葉があれば当方で調べるので,詳しく説明して頂ければ幸いです。
- ベストアンサー
- 化学
- 水の電気分解について
中3です。イオンや電離のことをやっていて、水の電気分解について調べていたら↓の式が出てきました。 <水酸化ナトリウム水溶液> NaOH → Na+ + OH- 陰極:2H2O + 2e- → H2 + 2OH- 陽極:4OH- → 2H2O + O2 + 4e- eって電子のことですか? 式の意味もよくわかりません…。 わかりやすく説明お願いします!!
- 締切済み
- 化学
- 電気分解の反応式・・・!
化学で困ってます! 例えば、NaCl水溶液に陽極、陰極共に炭素の極板がある。 陰極・・・2H2O+2e-→H2+2OH- 陽極・・・2Cl-→Cl-+2e-となりますが、このとき、両極の炭素は無視していんですか? イオン反応式を書く上で規則みたいなもの(電気分解による生成物の表)で陰極についてはCu2+、Ag+があるときはそれについて書き、Cu2+、Ag+がないときはH2Oについて書く。 そして、Na+、Al3+があったらそれについて書く。でも上記の陰極・・・2H2O+2e-→H2+2OH-はNa+についてではないんです。。 よくわかんないです。 わかる方、ぜひこの私にお教えてください!お願いします!
- ベストアンサー
- 化学
お礼
いつも御世話になっています。若干期待しておりました。 スミマセン,簡単に言ってしまいますが,「酸性でもアルカリ性でも実際の反応種は H+ と OH- である」という事でしょうか? 確かにそう考えれば何の問題も生じないのですが・・・。何となくシックリしません。 ところで,「移動度」に関して成書を見ていて気付いたのですが,共存する SO4(2-) や Na+ は考えなくても良いのでしょうか? これらが OH- や H+ の反応を邪魔している可能性は考えられませんか? 連休間にもう少し考えてみますが,何ありましたら追加宜しく御願いします。