不純物が銀のみの粗銅の電解精錬について質問です。

陽極：粗銅、陰極：純銅、硫酸銅水溶液中で電解精錬します。粗銅の不純物として銀のみが含まれる場合、溶液中の銅イオンの物質量は変化しないそうですが、理由がよくわかりません。

陽極では銅のみが溶解して、銀は単体がそのまま沈殿して電子を消費しないためだと解答に書かれていたのですが、粗銅中の銀はイオン化しておらず、単体のまま含まれているという意味でしょうか？この問題の設定に限らず、実在の粗銅中には不純物としてもっといろいろな物質が含まれていると思いますが、実際にも銀、金は他の物質と化合物を作らず単体で含まれているのですか？

No.4 ベストアンサー 回答者： Zincer 回答日時： 2020/02/13 09:35

陽極であるということは電気を通す必要があります。

不純物の有無に関わらず、少なくとも主成分である銅は単体（0価の金属状態）です。
イオン化傾向を思い出してください。
銅が単体で存在するのであれば、よりイオンに成りづらい金属原子がイオン（化合物を含む）で存在しているはずがありません。
さて本題（電解溶液中の銅イオンの物質量の増減）
仮に銀などのイオン化傾向が銅より低いイオンが存在したとしましょう。
※電解液中に銀イオンを含む溶液を加えるなどの無理な操作が必要です。また、陰極で優先的に還元されるので折角の電解精錬が無駄になってしまいます。
これらは銅の表面で銅をイオン化（酸化）して、自分は単体となって析出します。ですから溶液中の銅の物質量は増加するという結果になります。
補足情報
鉄やニッケルなどのイオン化傾向の高い金属が不純物として含まれる場合（よくある実際の電解精錬に関する問題）
これらは陽極で銅と一緒に酸化されますが、陰極では還元されません。（還元されない条件で電解を行っています）
粗銅を酸化するために使用した電気量　＞　銅を還元するために使用した電位量
となります。これを「電子の消費」と表現しているのでしょう。
この時、電解溶液中の銅イオンの物質量は減少します。
再度書きますが、粗銅中の金属銀は酸化されないので、銅よりイオン化傾向の高い金属が含まれていなければ
粗銅を酸化するために使用した電気量　＝　銅を還元するために使用した電位量
となるので溶液中の銅イオンの物質量は変化しないのです。
追伸
電解溶液中では銅イオンと硫酸イオンは電離して存在しています。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。とても詳しい説明で、よくわかりました。
銀イオンが存在したら陰極で優先的に還元されてしまうので、電解精錬が無駄になる、というところで、ハッとしました。

お礼日時：2020/02/13 22:07

No.3 回答者： fxq11011 回答日時： 2020/02/12 16:25

>溶液中で溶解する時には瞬間的にも銀イオンとなって溶け出し

この認識が？、現に硫酸銅の溶液、確か銅イオン単体ではなく、硫酸銅イオンでは？。

この回答へのお礼

教科書とかには、硫酸銅溶液なら銅イオンと硫酸イオンが別々に描かれていたと思うんですが・・・ちょっと心配になってきました。

お礼日時：2020/02/12 21:04

No.2 回答者： fxq11011 回答日時： 2020/02/12 11:35

イオンと自由電子を混同していませんか、金属には自由電子は存在していますが、金属自体はイオン化していません。

鉄でも銅でもそうです、硫酸に溶けて硫酸銅イオンとして溶液中に存在します、それが電界で引っ張られて移動、電極の純銅に付着してマイナス電位は中和？されて銅が析出します。
金は酸素とも化合しませんね、銀も金程ではありませんが、酸化銀、硫化銀、硝酸銀、ハロゲン化銀等があり、鉱石の状態では化合物の情隊はあり得ます。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。粗銅の中の銀（または金）の状態がどのような形で存在しているのか、知りたくて質問させていただきました。粗銅の中に、「●●化銀」として存在していれば、溶液中で溶解する時には瞬間的にも銀イオンとなって溶け出し、それが単体として沈殿するには電子を消費しないといけなくなるから、質問の解答に合わなくなります。ということは、銀や金は必ず単体として（化合物を作らずに）粗銅中に存在しているのかなあ、と考えました。

お礼日時：2020/02/12 12:12

No.1 回答者： EZWAY 回答日時： 2020/02/12 11:06

そもそも、粗銅というのは鉱石そのままではなく、ある程度の精製がされたものです。

なので、不純物は少ないですし、ほぼ単体として含まれています。

詳細については「粗銅」で検索すると、色々と見つかります。粗銅の時点で98%程度の純度になっているようです。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。自然の状態よりもすでに不純物が少なくなっているのですね。詳しく調べてみます。

お礼日時：2020/02/12 12:06