ダニエル電池、ボルタ電池について質問です。

質問

ダニエル電池、ボルタ電池について質問です。

ダニエル電池で素焼き板をはずすと、亜鉛板に銅が析出し、銅板には電子が流れなくなる。

以上のように勉強しましたが、ボルタ電池では銅板で水素が発生します。

(1)ダニエル電池で素焼き板をはずした後、ボルタ電池で銅板上で水素が発生するように、銅板上で銅が析出することはないのでしょうか

(2)ボルタ電池では亜鉛板上での水素発生はおきないのでしょうか？

回答No.2

htms42 · ベストアンサー

化学電池では酸化・還元反応が起こっています。
どういう電池でもトータルに見た時にどういう酸化・還元反応が起こっているかを書くことができるはずです。
ダニエル電池で起こっている反応は
Ｃｕ^2+＋Ｚｎ　→　Ｃｕ＋Ｚｎ^＋
です。この方向に反応が起こるということはイオン化傾向の違いから説明されていますね。
めっきの原理にもなっています。
これを電子のやり取りで書くと
Ｚｎ　→　Ｚｎ^2+＋２ｅ^-
Ｃｕ^2+＋２ｅ^-　→　Ｃｕ
です。試験管の中でやればＺｎの表面でこの電子のやり取りが起こります。
この電子のやり取りを外部にとりだして利用する装置が電池です。
Ｚｎの表面で直接電子のやり取りが起こることを禁止して外部の回路を電子が移動するようにします。
素焼き板で溶液を分離するのはそのためです。
銅の表面に銅が析出するようにしているのです。
質問（１）
素焼き板は銅板の上で銅が析出する反応が効率よく起こるようにするための工夫のはずです。

電極のＣｕは反応には関係しません。
電線の延長です。Ｃｕ^2+が電子を受け取る反応の場を提供しています。
素焼き板を外せばＺｎの表面でＣｕの析出が起こリます。電子のやり取りが外部の回路と関係なく起こります。
電子はわざわざ遠回りする必要がなくなりますので電池としての効率は悪くなります。
でも電線で結びついている部分には電位差は生じないと考えていいですから銅の析出は銅板の表面においても亜鉛板の表面においても同じように起こっています。

ボルタ電池の反応は亜鉛が硫酸に溶ける反応です。
Ｚｎ＋２Ｈ^+　→　Ｚｎ^2＋　Ｈ２
これも試験管の中で普通に起こる反応ですね。
電池として働かせるためには直接反応を禁止する必要があります。
この場合も素焼き板を使って溶液を分離し、希硫酸は銅板の付近だけに存在するようにすると効率が良くなるはずです。亜鉛板のまわりには食塩水を入れておけばいいです。

質問（２）
ボルタ電池では普通、仕切りは入れていませんね。
両方で反応が起こります。効率の悪い電池です。
ボルタ電池の実験をやってみれば亜鉛の表面からも泡が出ているのが観察されるはずです。
亜鉛の表面では水素発生の起こりにくいと言われています。銅板の上の方が発生しやすいのです。
水素過電圧という量で表現されています。でも「水素は発生しない」という説明がされているとしたら誤りです。

「希硫酸、亜鉛板、銅板を用意する。
（１）亜鉛板、銅板を接触しないように希硫酸の中に浸す。
（２）液の外部で亜鉛板と銅板を銅銭で接続する。

（１）（２）で泡の出方がどのように変化するかを観察する」

こういう内容の実験が載っている実験書を使っていたことがあります。

お礼

丁寧な説明をありがとうございました。
非常に納得の説明で、スムーズに理解することができました。
実際に、実験をして自分の目で確認してみたいと思います。

回答No.1

windwald

(1)ボルタ電池の電解質水溶液は何ですか？

(2)ボルタ電池を実際に作ると亜鉛板上でも水素が発生することが観察できます。
同時に銅板上でも水素が発生することが観察できます。
後者が電子が外部回路を通っている証拠です。