反応式を教えてください。

質問

反応式を教えてください。

授業で果物電池の実験をしました。
実験の内容は、

ろ紙を間に挟み込んだ、銅版と亜鉛板の電極を、
果物(レモン等)の果汁の中に浸し、
銅版と亜鉛板のイオン化傾向の大きさの違いによって電流が流れる。
といった、ボルタ電池のしくみと基本的には同じです。

この際に、銅版の周りに水素イオンが付着していくために、
電気がおこらなくなります。

「この水素イオンを取り除くために、銅版電極に過酸化水素水をかける」

という「　」の作業の反応式が知りたいです。

文系の学部なのですが、
教養科目として化学の実験の授業を履修しています。
分かる方宜しくお願いします。

回答No.4

htms42

htms42です。

金を電極に使った場合についてははじめて知りました。
でも１．５Ｖの内容は「？」ですね。

銅、亜鉛、硫酸の場合の起電力を１．１Ｖとされているところからすると「１．５Ｖ」というのがどういう条件でのものであるかに疑問を持ちます。

１．１Ｖはダニエル電池の起電力です。
亜鉛単独であれば０．７６Ｖです。銅イオンの還元が起これば１．１Ｖになります。
新しい銅板を使って事前に酸洗いをやっておくと０．７Ｖぐらいしか出ません。
１．１Ｖが出るのは表面の酸化銅の還元が起こっているためだろうと言われています。

金表面の付着物の影響ではありませんか。
金自体は反応しないものということですから案外無頓着にそのまま使ってしまうことが多いようです。

銅の表面変化の影響はよく知られていることです。
食塩水を使ったボルタ電池では銅板の表面に吸着した酸素の還元が合わさって約１Ｖの起電力が出ます。

回答No.3

Saturn5

htms42さんのおっしゃる通りです。
「本当は違う」のであれば違うということをはっきりさせるほうがいいですね。
この場合、幾つかの反応が平行しておこるのですが、主たる反応はhtms４２さん
の書かれている
２Ｈ^+＋Ｈ２Ｏ２＋２ｅ－→２Ｈ２Ｏ　です。
電子を受け取る物質がＨ＋からＨ２Ｏ２に変わってしまっているので、最初とは
別の電池になってしまうのです。

果物電池というレベルから、求められている反応式を推定して書かせてもらいました。
レポートを無難にこなすという消極的な目的ならば、私が先に書いた反応式の方が
無難かと思いますが、上の式の方が正しいのです。

Ａ・銅板｜希硫酸｜亜鉛板　の最初の１０秒
Ｂ・銅板｜希硫酸｜亜鉛板　の１分後
Ｃ・Ｂに過酸化水素水を加える
もし、過酸化水素水の役割がＨ２をなくすための減極剤とすれば、起電力は
Ａ＝Ｃ＞Ｂでなくてはいけません。
しかし、実験をするとＣ＞Ａ＞Ｂになるのです。
ということは、Ｈ２Ｏ２は直接反応に関係しているのです。

また、１点補足しておきます。
ボルタ電池は銅板、亜鉛板、希硫酸の全てが関係する反応です。
化学の教科書では亜鉛板と希硫酸の反応だけの説明がありますが、
この電池の起電力が１．１Ｖに対して、正極を金板に変えると起電力が
１．５Ｖくらいになるのです。金の方が電子を引き込む力が強いと言える
のです。
銅板でも金板でも負極の亜鉛が硫酸に溶けるという現象しか起こっていない
のに、出てくる電気エネルギーは変わるのです。おそらくは、発熱量が
変化すると思われます。

回答No.2

htms42

あなたの所属が文系の学部だとしても
授業を担当している人は化学の先生ですね。
先生が酸化・還元と電池を勉強し直すのがいいと思います。

こういう授業を大学でやっているとなると困ります。
高等学校レベル以下です。

もしかして教職教養の科目になっているのではありませんか。
こういう話を小学生にされても困ります。

エンターテインメントとしての化学をやっているのであれば仕組みがどうのこうのということは言わない方がいいです。

「イオン化傾向の異なる２つの金属と電解質で電池ができる」ということをたたき込まれた子供の頭を修正するのにそのあとどれだけの時間と手間がかかっているか想像してください。

いまだにこう考えている人がかなりいます。ここのカテの回答にも出てくることがあるということから分かります。

ボルタ電池は銅と亜鉛の反応ではありません。
亜鉛と硫酸の反応です。亜鉛が硫酸に溶けて行く反応です。
亜鉛を硫酸の中に入れれば泡をだして溶けて行きます。その反応を分離して起こさせようとしています。
亜鉛が溶ける場所と水素の泡の出る場所を分けることによって電線の中を電子が移動することが起こるというのが電池です。銅は単に電線の働きです。電線の端を広くして水素が出る反応の場を提供しているのが電極です。

過酸化水素水を加えてもいったん生じた水素の泡は消えません。
水素の泡の出る反応を水素の泡の出ない反応に変えています。
新たな泡の発生がなくなるだけです。

２Ｈ^+＋２ｅ－→２Ｈ２　
２Ｈ^+＋Ｈ２Ｏ２＋２ｅ－→２Ｈ２Ｏ
上の式の反応を下の式の反応に変えています。
新たな泡の発生がなくなれば銅板に付着している泡はゆすってやるだけで落ちてしまいます。
取り出して水をかけるのでもいいです。
過酸化水素水をかければ泡が取れるのは水で洗ったのと同じことが起こっているからです。
反応が起こって泡が消えたのではありません。
（過酸化水素水の中に銅板を入れると泡が出ることがあります。銅板が過酸化水素の分解反応の触媒として働くからです。この時は酸素が出ます。水素であるか酸素であるかの違いは目で見て区別できません。）

酸化剤の種類が変わりましたから別の電池になっています。

＃１
＞本当は違うのですが、求められている反応式は以下のようなものだと思います。
　Ｈ２Ｏ２　＋　Ｈ２　→　２Ｈ２Ｏ

「本当は違う」と書いておられます。

「本当は違う」のであれば違うということをはっきりさせるほうがいいだろうと思って書きました。

お礼

ご回答ありがとうございました。

ちなみにその授業は教職教養の授業ではなく、本当に単なる教養科目です。

実験原理なども簡易な説明しかなく、
あとは自分で調べてレポートを書け、という感じで、
結構学生に丸投げされた授業でしたのでとても苦労しました。

本当にありがとうございました。

回答No.1

Saturn5

>この際に、銅版の周りに水素イオンが付着していくために、
>電気がおこらなくなります。

果物電池ではあまりならないように思いますが、やってみたことが
無いのでハッキリは言えません。また、この現象はＨ＋ではなくて、
Ｈ２が原因ではないでしょうか？

本当は違うのですが、求められている反応式は以下のようなものだと
思います。
Ｈ２Ｏ２　＋　Ｈ２　→　２Ｈ２Ｏ

お礼

確かに水素イオンじゃなくて
水素の気泡が付着することが原因だと言っていた気がします…

回答ありがとうございました!