中3化学＿塩酸の電気分解(知識問題) - 中学理科の問題パターンと練習問題

今回は、塩酸の電気分解について見ていく

※イオン式を覚えて、電離の式を書けることが前提

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例題
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例題・解答
練習問題
練習問題・解答

例題

図のような装置で、うすい塩酸を電気分解する実験を行ったところ、陽極、陰極からぞれぞれ気体が発生した。

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(1) 薄い塩酸は、何が水に解けたものか

(2) 陰極、陽極に移動する水溶液中のイオンをそれぞれ答えよ。

(3) 陽極で起こる反応を化学式やイオン式を用いて表わせ。ただし電子はe-で表す。

(4) 陰極で起こる反応を化学式やイオン式を用いて表わせ。ただし電子はe-で表す。

(5) この実験で起こった化学変化を、化学反応式で表わせ。

(6) 陽極付近の液を、インクを薄めた水に数滴加えると、インクの色はどのように変化するか

(7) 陰極に集まった気体に、火のついたマッチを近づけるとどのようになるか

(8) 化学反応式から、陰極と陽極に集まった気体の体積は等しいと推測できる。ところが、実際に陽極に集まった気体は、陰極に集まった気体より少なかった。この理由を説明せよ。

(9) 電気分解の前後で、装置全体の質量はどのように変化するか。ただし水は蒸発しないものとする。

知識の確認

(6) 塩酸の電気分解

①陽極では塩素が生じる。

　・陽極での反応　 $2Cl^- →Cl_2 + 2e^-$

　・陽極付近の液を、インクを薄めた水に垂らすと、インクの色が消える

　・黄緑色でプールのような匂い

②陰極では水素が生じる

　・陰極での反応　 $2H^+ + 2e^- →H_2$

　・火のついたマッチを近づけると、ポンと音を立てて気体が燃える

③塩化水素から、塩素と水素が生じるので

　全体の反応は $2HCl→H_2 + Cl_2$

※塩素が水に溶けるため、水素のほうが多く気体が集まる。

※ $e^-$ は 1個の電子を表す

＜説明＞

1.仕組み

塩酸を電気分解した結果は

　陽極側　→　塩素が発生する

　陰極側　→　水素が発生する

結局、塩酸から、塩素と水素が生じているので、

全体の反応は

　 $2HCl→H_2 + Cl_2$

である。これを更に細かく見ていく

①水溶液中のイオンについて考える

塩酸とは、塩化水素が水に解けたものをいう。

塩化水素は水溶液中で

　 $HCl→H^+ + Cl^-$

と、水素イオンと、塩化物イオンに電離している

②電極にイオンが移動する

水溶液中のイオンが、各電極に引き寄せられる

　陽極側　→　塩化物イオン

　陰極側　→　水素イオン

がそれぞれ引き寄せられる。

③各電極での反応

　イオンが原子に戻り、原子同士がくっついて単体になる。

a.陽極

　陽極では、電子が電極に吸い込まれていく。

1.塩素イオンが、陽極に電子を渡し、まず塩素原子になる

　　 $Cl^- → Cl+e^-$

2..塩素原子2個がくっついて、塩素となる

　　 $2Cl→Cl_2$

3.結果

　塩素イオンが電子を失って塩素になっているので

　　陽極での反応は　 $2Cl^- →Cl_2 + 2e^-$

　である。このようにして、塩素が生じる

b.陰極

　陰極では、陽イオンに電子が与えられる。

1.水素イオンが、陰極から電子を受け取って水素原子になる

　　 $H^+ +e^- → H$

2..水素原子2個がくっついて、水素となる

　　 $2H→H_2$

3.結果

　水素イオンが電子を受け取って水素になるので

　　陰極での反応は　 $2H^+ + 2e^- →H_2$

　である。このようにして、水素が生じる。

2気体の性質

①陽極側→塩素

1 漂白作用・殺菌作用がある

　水溶液をインクを薄めた水に垂らすと、インクの色が消える

2. 黄緑色で、特有の刺激臭のある気体(プールの臭い)

3. 空気より重く、水によく溶ける

　→下方置換法で集める気体

②陰極側→水素

1.火のついたマッチを近づけると、ポンと音を立てて気体が燃える

　水素が酸素と化合し、水が生じている。

　反応式　 $2H_2+O_2 →2H2O$

2.臭いの無い無色の気体

3.空気より非常に軽く、水に解けない。

　→水上置換法で集める気体

4.亜鉛などの金属に塩酸を加えても、水素が発生する

反応式　 $Zn+2HCl→ZnCl_2 + H_2$

チェック

(1) 水溶液中で、陽イオンと陰イオンに分かれる現象をなんというか

(2) 塩化水素の(1)の様子を化学式とイオン式で表わせ

(3) 塩酸を電気分解したとき

　① 陽極に引き寄せられるイオンを答えよ。

　② 陽極で起こる反応を化学式やイオン式を用いて表わせ。

　③ 陽極から生じる気体を答えよ

　④ 陰極に引き寄せられるイオンを答えよ。

　⑤ 陰極で起こる反応を化学式やイオン式を用いて表わせ。

　⑥ 陰極から生じる気体を答えよ

　⑦ 塩酸の電気分解で起こる化学変化を、化学反応式で答えよ。

※　スクロール先に解答あり

解答

(1) 電離　(2) $HCl→H^+ + Cl^-$ 　(3)①塩化物イオン　

② $2Cl^- →Cl_2 + 2e^-$ 　③ 塩素　④水素イオン

⑤ $2H^+ + 2e^- →H_2$ 　⑥水素　⑦ $2HCl→H_2 + Cl_2$

※もう一度例題を解いてみよう。

例題・解答

(1) 塩化水素

(2) 陰極:水素イオン　陽極:塩化物イオン

(3) $2Cl^- →Cl_2 + 2e^-$

(4) $2H^+ + 2e^- →H_2$

(5) $2HCl→H_2 + Cl_2$

(6) インクの色が消える

(7) ポンと音を立てて燃える

(8) 陽極に集まる塩素は、水に溶けやすいから

(9) 変化しない (質量保存の法則)

練習問題

次の文は、塩酸の電気分解の仕組みについて説明したものである。

　塩化水素は水溶液中で、(　)イオンと(　)イオンに電離する。(　)イオンは陰極に引かれ、陰極で電子を受け取って(　)となり、これが2個結びついて(　)になる。一方、(　)イオンは陽極に引かれ、陽極で電子を失って(　)となり、これが2個結びついて(　)となる。

(1) 水に溶けると陽イオンと、陰イオンに分かれる物質をなんというか。

(2) 塩酸の電気分解で起こる化学変化を、化学反応式であらわせ。

(3) 文中の( )に入る語句を答えよ。

(4) 塩酸を電気分解したとき、陽極で発生した気体が、塩素であることを確かめるのはどのような実験を行えばよいか

(5) 塩酸を電気分解したとき、陰極で発生した気体と同じ気体が生じるものを以下から選べ

　ア亜鉛に薄い塩酸を加える

　イ炭酸水素ナトリウムに薄い塩酸を加える

　ウ過マンガン酸カリウムに薄い過酸化水素水を加える

　エ石灰石に薄い塩酸を加える

練習問題・解答

(1) 電解質

(2) $2HCl→H_2 + Cl_2$

(3)塩化水素は水溶液中で、(水素)イオンと(塩化物)イオンに電離する。(水素)イオンは陰極に引かれ、陰極で電子を受け取って(水素原子)となり、これが2個結びついて(水素分子)になる。一方、(塩化物)イオンは陽極に引かれ、陽極で電子を失って(塩素原子)となり、これが2個結びついて(塩素分子)となる。

(4) 陽極付近の液を、インクを薄めた水に数滴加え、色の変化を観察する

(5) ア

(陰極に集まるのは、水素であるから、水素が生じるものを選ぶ。ア水素イ二酸化炭素　ウ酸素　エ二酸化炭素がそれぞれ生じる)