中3化学＿塩化銅の電気分解(知識問題） - 中学理科の問題パターンと練習問題

今回は、塩化銅の電気分解について見ていく。

前回

次回

例題
知識の確認
例題・解答
練習問題
練習問題・解答

例題

図のような装置で、塩化銅水溶液を電気分解すると、一方の電極には固体の物質が付着し、もう一方の電極からは気体が発生した。次の問に答えなさい。

　　 f:id:keimathchem:20200304222300p:plain

(1) 塩化銅の電離の様子を、化学式やイオン式を用いて表わせ

(2) 塩化銅水溶液は何色の水溶液か。

(3) 固体の物質が付着したのは、どちらの電極か

(4) 電極に付着した固体は何か、また何色か、

(5) この実験で発生した気体を化学式で答えよ

(6) 発生した気体の性質として当てはまるものをすべて選べ

　ア空気より重い　　イ空気より軽い　ウ水に溶けにくい

　エ水に溶けやすい　オ腐卵臭がする　カ殺菌作用がある　

　キ漂白作用がある　ク助燃性がある　

(7) この実験で起こった化学変化を化学反応式で答えよ。

(8) 電気分解を続けると、(1)の色が薄くなった。この様になった理由を説明せよ。

(9) 電気分解を進めたのち、電流の向きを逆にすると、新しい陽極付近ではどのような変化がみられるか

知識の確認

(7) 塩化銅の電気分解

塩化銅水溶液を電気分解すると

①陰極→銅が生じる

　・陰極での反応　 $Cu^{2+}+2e^- →Cu$

　・電極に赤褐色(赤色、赤茶色)の物質が付着する。

　　（こすると金属光沢が出る）

②陽極→塩素が生じる

　・陽極での反応　 $2Cl^- →Cl_2 + 2e^-$

　・電極に塩素の気泡がつく　

　・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

③水溶液の様子

　電気分解を続けると

　・塩化銅水溶液の青い色が、だんだん薄くなる

　・だんだんと電気が流れにくくなる

④ 全体の反応

　 $CuCl_2→Cu+Cl_2$

(8)電気分解におけるその他の注意点

陽極を白金、金、炭素棒以外にした場合、水溶液中の陰イオンは反応せず、電極の金属が溶ける(電子を失ってイオンになる)。

＜説明＞

塩化銅水溶液を電気分解すると

　陰極　→　銅が生じる

　陽極　→　塩素が生じる

よって、全体の変化は

　 $CuCl_2→Cu+Cl_2$

である。これを詳しく見ていこう

①水溶液中のイオン

塩化銅は水溶液中で以下のように電離する

　 $CuCl_2→Cu^{2+} + 2Cl^-$

②イオンの移動

水溶液中のイオンが、各電極に引き寄せられる

　陰極側　→　銅イオン

　陽極側　→　塩化物イオン

がそれぞれ引き寄せられる。

③各電極での反応

　イオンが電子をやり取りして、単体になる

a.陰極での反応

　陰極では、陽イオンに電子が与えられる。

1.銅イオンが、電子を受け取って銅になる。

　　 $Cu^{2+}+2e^-→Cu$

　このようにして銅が生じる。

2.生じた銅は、電極に付着する。

　銅は金属なので、こすると金属光沢が見られる。

b. 陽極での反応

　陽極では、イオンが電子を失う。

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.陽極での反応

　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

④水溶液について

　塩化銅水溶液の色は、銅イオンが原因で青色をしている。

　電気分解をすると、陰極で銅イオンが銅に変化するため

　だんたんと、水溶液中の銅イオンの数が減る。

　よって、電気分解を続けると、だんだん色が薄くなる。

　また、水溶液中のイオンの数が減っていくので、

　だんだんと電流が流れにくくなる。

チェック

塩化銅の電気分解したとき

(1) 塩化銅の電離の様子を、化学式やイオン式を用いた式で表わせ

(2) 陰極で生じた固体を化学式で表わせ

(3) 陰極に付着した固体を集め、薬さじで擦るとどのような変化が見られるか

(4) 陰極で起こった反応を、化学式やイオン式を用いて表わせ

(5) 陽極で生じた気体を化学式で表わせ。

(6) 陽極で生じた気体の色と臭いはどのようなものか

(7) 陽極で起こった反応を、化学式やイオン式を用いて表わせ

(8) 塩化銅水溶液を電気分解したときに起こる変化を、化学反応式で表わせ。

(9) 塩化銅水溶液の青色は、電気分解を続けるとどのように変化するか

※スクロール先に解答あり

解答

(1) $CuCl_2→Cu^{2+}+2Cl^-$

(2) $Cu$ (3) 金属光沢が見られる。

(4) $Cu^{2+$ +2e^-→Cu] (5) $Cl_2$

(6) 色:黄緑臭い:プールのような特有の刺激臭

(7) $2Cl^- →Cl_2 + 2e^-$

(8) $CuCl_2→Cu+Cl_2$

(9) だんだん薄くなっていく

※もう一度例題を確認しよう

例題・解答

(1) $CuCl_2→Cu^{2+}+2Cl^-$

(2) 青色　(3) 陰極　(4) 銅赤褐色

(4) $Cl_2$

(5) ア　エ　カ　キ

　※塩素の性質は前回の塩酸の電気分解で確認した。

(6) $CuCl_2→Cu+Cl_2$

(8) 水溶液中の銅イオンが減少するから

(9) 電極に付着した銅が溶けてから、塩素が発生する。

※陽極を白金、金、炭素棒以外にした場合、水溶液中の陰イオンは反応せず、電極の金属が溶ける(電子を失ってイオンになる)。新陽極は、元陰極だから、銅が付着している。電流を逆にすると、この付着した銅が電子を失うため、まずは銅が溶けて銅イオンとなる。すべての銅が溶け切ると、通常通り塩素が生じる。

練習問題

塩化銅水溶液を炭素棒を電極にして電気分解すると、陽極の表面に気泡が現れ、陽極の表面に固体が付着した。

(1) 陽極で発生した気体は何か。また、気体の臭いをかぐときは、どのように嗅ぐとよいか

(2) 陽極で起こる変化を、化学式やイオン式を用いた式で表わせ。

(3) 以下の文中の(　)に入る語句として適切なものを選べ

　塩化銅水溶液の電気分解では、銅イオンは（ア陰極　イ陽極）で電子を (ア 1個　イ 2個)（ア受け取って　イ失って）銅原子となる。

(4) この実験で起こった化学変化を化学反応式で答えよ。

(5) 水溶液に流れる電流の強さの変化を表したグラフはどれか

f:id:keimathchem:20200314144720p:plain

(6) 電気分解を続けると、塩化銅水溶液の色はどのように変化するか。

練習問題・解答

(1) 塩素　手で仰ぐようにして嗅ぐ

(2) $2Cl^- →Cl_2 + 2e^-$

(3) ア　イ　ア

(4) $CuCl_2→Cu+Cl_2$

(5) ウ

(6) だんだん薄くなっていく