ダニエル電池の隔膜を使わない場合、どのようなことが起こるのでしょうか。

正極にCu板・硫酸銅溶液、負極にZn板・硫酸亜鉛溶液をつかっているのですが。
隔膜を使わないということは、液が混ざるということですか?(そんな単純じゃないですよね)


また、上のような板と液のダニエル電池の場合、負極にイオン化傾向の大きな亜鉛が使用されていても、表面では水素発生は起こりませんよね?。
液に水素系がないからだと思うのですが。


長々と記してしまいましたが、上の2点、よろしければ教えてください。

A 回答 (2件)

ボルタ電池の電気の流れ方と対比しながら、説明していきます。


ボルタ電池の場合は、負極に亜鉛、正局に銅、電解液として硫酸が使用されています。ここで、このイオン化傾向の大きい順に存在する原子やイオンを並べて見ると、亜鉛、水素イオン、銅となります。この時、イオン化傾向のより大きい物質がイオンへ、変化しようとします。そこで、亜鉛と水素イオンとの間で電子のやりとりが行われることになるのです。(亜鉛イオンと水素に変化します。)
負極、正極間に、外部回路が接続されていれば、亜鉛が、亜鉛イオンに変化する時に放出する電子が、この外部回路を流れて、銅に移動し、正極の銅板場で、水素イオンが水素に変化するのです。
ところが、この変化は、外部回路がなくても起こります。つまり、亜鉛上で、直接、水素イオンに電子がわたされてしまいます。

では、隔膜の無い状態のダニエル電池だとどうなるのでしょうか。負極に亜鉛、正極に銅、電解液中に硫酸亜鉛と硫酸銅(2)が存在することになります。これをイオン化傾向の大きい順に並べてみると亜鉛、亜鉛イオン、銅、銅(2)イオンとなります。この時には、亜鉛と銅(2)イオンとの間で電子のやりとりをすると考えられます。(亜鉛イオンと銅に変化する。)
ですから、ボルタ電池と同様に負極、正極を外部回路で接続しておけば、亜鉛が亜鉛イオンに変化する際、放出する電子が外部回路を通って、正極に移動し、銅(2)イオンに電子をわたすと考えられます。つまり、電池として使えると考えられます。
ただし、ボルタ電池と同様に、この反応は、外部回路が無くても生じます。
そのため、外部回路をはずす(スイッチを切る)ということをすると亜鉛板上に銅が析出していくことになります。
ですからボルタ電池と同様に電池を作ったら、電池として使っていようが、使っていなくても、どんどんと亜鉛が消費されていくことになると考えられます。

このことから、隔膜の無いダニエル電池を作った場合は、水素が発生しないです。水素が発生しないので、電池の分極も生じないと思えます。
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>ダニエル電池の隔膜を使わない場合、どのようなことが起こるのでしょうか。



電子のやりとりは水溶液中で行われ、混合液はまもなく銅+硫酸亜鉛溶液に変わってしまうので導線に電気が流れません=電池として機能しません。

水素?

ははあ、ボルタの電池との混同ですね。確かにダニエル電池はその改良版ではありますが...

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参考)ダニエル電池
 銅と亜鉛のイオン化傾向の差を利用した電池。

硫酸亜鉛水溶液に亜鉛板を、硫酸銅((2))水溶液に銅板を浸し、両板を導線でつなぐと、銅((2))イオンCu2+が酸化剤、亜鉛Znが還元剤となった電池ができる。亜鉛板ではイオン化傾向の大きいZnが溶け出し極板に電子を残す。

(酸化反応) Zn → Zn2+ + 2e- 

電子は導線を通って銅板に達し、銅板の表面でCu2+イオンがこの電子を受けとってCuになる。

(還元反応) Cu2+ + 2e- → Cu

全体では、次の酸化還元反応が進む。

 Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu

  - Zn|ZnSO4aq||CuSO4aq|Cu +

 亜鉛板・・・ 負極 (電子が流れ出る電極)
 銅板・・・・・ 正極 (電子が流れ込む電極)

お役にたてれば幸いです。--a_a
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