高校生にわかる化学

質問

問題 銅の精錬にも電気分解は用いるが、単位質量当たりの製造に必要な電気量は、アルミニウムの方がはるかに大きい。
この理由を３つ、合わせて６０字程度書け。

(1)Alは融解エネルギーが必要だが、Ｃｕは電解液を作るだけでよい。
(2)電気分解に必要な電圧は、イオン化傾向の大きいＡｌのほうが大きい。
(3)金属1molを作るのにAlは3mol,Cuは2molの電気量が必要。
(4)1molつくれたときの質量はAlが27g,Cuが64g

教えてほしいところ
解説には上記４つが書かれていたんですが、これらのために単位質量当たりの製造に必要な電気量は、アルミニウムの方がはるかに大きいという結果になることが理解できません。
詳しい解説お願いします。

回答No.1

noname#160321 · ベストアンサー

うーん。
四つとも電気がたくさん必要な理由が書いてあるんですが。
(１)加熱する必要がある場合、その熱が逃げないなら理由としては弱いのですが、熱は逃げるので、加熱に必要な電力を喰います。
(2)これは電圧の問題ですね。通常あまり問題になりません。
(3)これは電荷の問題ですが、実際には電流×時間ではかられます。
(4)単位質量とは例えば１グラムのこと。銅は重い(密度が高い)ので１グラムの中に含まれる原子数は少なくて済みますが、アルミは軽いから１グラム中の原子量が多いのです。

回答No.3

htms42

確かにＡｌの方がエネルギーを多く必要としています。
でもそれの内容を説明するための比較としては不適当なものです。
意味のない比較をしていると言ってもいいでしょう。
金属１ｍｏｌを作るのに必要なエネルギーを比較するのであれば
どちらも鉱石から考えるべきです。

鉱石から金属を取り出す操作を「製錬」（ｓｍｅｌｔｉｎｇ）と言います。化学反応としては還元です。
アルミニウムの場合は氷晶石に溶けた酸化アルミニウムを還元しています。

これに対応する物は溶鉱炉で還元された銅です。電解精錬にかける前の粗銅です。
電解「精錬」は還元の既に終わっているののの「精製」（ｒｅｆｉｎｉｎｇ）です。
金属の銅を片方の電極からもうひとうの電極に移動させているです。理論電解電圧は０です。
必要な電気エネルギーの種類が異なります。比較になりません。
アルミニウムの場合でもさらに純度を上げるのであれば次の工程が必要になります。

電気だけの比較であれば、電気を使う工程が主であるような技術と、使わない工程が主である技術を比べてもほとんど意味はないというのは歴然としています。
精製のステップを外して考えれば
銅や、鉄は還元に電気を使いません。
アルミニウムは還元に電気を使います。
アルミニウムの方が電気エネルギーの消費量が多いというのは当たり前です。

＞アルミニウムは融解エネルギーが必要だが
と書かれています。
はっきりとはしませんが、多分誤解があるでしょう。
融解している物質はなんでしょう。
もし、アルミニウムの材料になっている酸化アルミニウムの融解の意味で書いてあるのでしたら大間違いです。
融解にエネルギーを必要としているのは氷晶石です。融点は約１０００℃です。これを溶媒として酸化アルミニウムが溶けるのです。水に塩を溶かしているのと同じです。食塩の融点は８００℃ですが水に溶かせ常温で液体状態になります。酸化アルミニウムの融点は約２０００℃ですから違いは大きいです。アルミニウム精錬が可能になったのは酸化アルミニウムを溶かす融剤として氷晶石を見つけたからです。
酸化アルミニウムの溶けた氷晶石の融点は９００℃に下がります。凝固点降下です。
ここまでが鉄鉱石や銅鉱石での溶鉱炉に対応するものです。温度も似たようなものです。
この後の還元過程が異なるのです。
鉄鉱石の場合は炭素による直接還元です。
アルミニウムは電気分解での還元です。代わりに炭素電極が酸化されています。
氷晶石の融解には電気を使っています。
でもこの部分のエネルギーを電解精錬と比較するのはおかしいです。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B7%E6%99%B6%E7%9F%B3

回答No.2

matumotok

こんにちは。

とりあえず(3)と(4)だけでいいので１ｇのアルミニウムと銅を作るのに必要な電気量を計算するといいですよ。掛け算と割り算は小学校で習ってるはずですので出来ますよね？