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ダニエル電池では、素焼き板の変わりに半透膜も使用可能ということで、イオンと通過させるという点で同じような働きをしていると思いますが、逆に、違う点といえばなんでしょうか?ありましたら教えていただきたいと思いました。穴のサイズとか違うのかなとも思いましたが、調べてもわかりませんでした。

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A 回答 (2件)

穴の空いた隔壁が必要だということが分かれば


セロファンと素焼き板の共通点は分かります。

違う点は自分で考えてみて下さい。
穴のサイズも違うでしょう。強度も違うでしょう。元々別のものなんですから。
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ダニエル電池の隔壁の目的は


(1)亜鉛板の上で銅が析出する反応が起こらないようにする
(Cu2++2e-→Cuの反応が銅板の表面でだけ起こるようにする)
ことです。でも
(2)イオンが移動できるようにする
という条件も満たす必要があります。
(1)では穴が空いていない方がいいです。(2)では穴が空いていないと駄目です。矛盾する条件です。半透膜や素焼き板はその妥協の産物です。
イオンが通ることの出来る穴が空いていればゆっくり液が混ざります。穴の大きさが違えば混ざる速さが変わります。長く使っていれば寿命が来ます。
ソーラーモーターを回すような使い方であれば少々液が混ざっても差し支えありませんのでかなり長いこと使うことが出来るでしょう。数時間~半日位は大丈夫です。(私はホームセンターで撃っている素焼きの植木鉢を使っていました。そこの穴はゴム栓で塞ぎました。しばらく使っていると植木鉢の縁に硫酸銅の青い結晶が析出してきます。)
ボルタ電池だと数分~半時間だと思います。
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この回答へのお礼

早速のご回答ありがとうございます。
丁寧に教えてくださってありがとう御座います。
私は「素焼き板」と「半透膜」の違う点についてお聞きしたかったので、
よろしかったらその点について教えていただけないでしょうか?

お礼日時:2007/05/26 11:15

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Q化学 ダニエル電池

素焼き板の役割は、最初から溶液同士が混ざらないようにすることと
電荷のバランスを保つためにイオンだけを通すこと
とあります。
具体的には、反応がすすむにつれて増える亜鉛イオンが負極側から正極側に
陰イオン濃度が大きくなる正極側から負極側に硫酸イオンが移動するとあります。

質問なんですが、これは素焼き板を入れておくだけで勝手にバランスをとってくれるのですか?
イオンはバランスを取ろうとする力をもとから持っているということなんですか?

最初、イオンが通るということは、銅イオンも通るということだろうし、素焼き板を入れない時と変わらないと思ったのですが、もし、バランスをとろうとする能力があるということなら理解できます。

Aベストアンサー

まず,電気的中性の原理があります.ある程度大きな空間内では,電荷のバランスは取れていると考えてよいという原理です.
もちろん,厳密には成立しませんが,この誤差は現実には問題にするレベルにはなりません.

次に,素焼き板は何を通すか,ですが,じつはなんでも通ると思ってよいです.
ただ,主に通るものはたくさんあるもの,というだけのことです.
負極側で亜鉛イオンが増えるわけですが,たとえばここに硫酸ナトリウムを入れておけば,ナトリウムイオンが通って電荷補償をします.最初に硫酸亜鉛とかを溶かしておかなくても,ダニエル電池は機能します.ただ,電解質部分での電気伝導度が低すぎて,電流が取れませんので,何か適当な (電気伝導を高めるような) 電解質を入れておくべきで,それは硫酸亜鉛でも硫酸ナトリウムでもかまわないのです.
正極側は,銅が析出するので,銅イオンが必須です.そしてこれが減る分,電荷補償のため対イオンである硫酸イオンが素焼き板経由で追い出されるわけですが,これもたとえば硝酸カリウムとかを一緒に溶かしておけば,硝酸イオンが動くことで代用することもできるのです.また,負極室から陽イオン (ものは何でも良い) が入り込んでくれば,それだけでもOKです.

素焼き板の役割は,溶液同士が混ざらないようにする,というのが本質です.しかし,それではイオンも動かないので電池にならない.ではどうするかというと,液は混ざるが,その速度は大変遅い,という状況を作ってやるのです.そして電気的な力がかかったときには,イオンが通れるくらいの状況は作っておくのです.素焼き板に微小な穴が空いていて,それで両側は貫通はしている,しかし,穴が小さいため,そこを液体が通過するのは困難,という状況になっています.細い管に水を通すのは,高い圧力が必要です.これは主に液体の粘性がじゃまになるからです.しかし,貫通はしているので,穴よりも桁違いに小さいイオンにとっては,その動きはとくに制約されません.なので,非常に長時間観察すれば,素焼き板の両側の液体は,ほっぽっておくだけで完全に混合します.ただ,それはふつうの実験の時間から見れば無視できるわけです.
ここで,両側の電気的なバランスが崩れるような状況を作ると,それを解消する力として,電気的な力が溶液内のイオンにかかり,イオンの動きが促進されるというわけです.

素焼き板の代わりに,イオン交換樹脂の膜を使うことができます.これは陽イオンあるいは陰イオンのどちらかしか通りません.しかし,それで何の問題もないのです.

まず,電気的中性の原理があります.ある程度大きな空間内では,電荷のバランスは取れていると考えてよいという原理です.
もちろん,厳密には成立しませんが,この誤差は現実には問題にするレベルにはなりません.

次に,素焼き板は何を通すか,ですが,じつはなんでも通ると思ってよいです.
ただ,主に通るものはたくさんあるもの,というだけのことです.
負極側で亜鉛イオンが増えるわけですが,たとえばここに硫酸ナトリウムを入れておけば,ナトリウムイオンが通って電荷補償をします.最初に硫酸亜鉛とか...続きを読む

Qダニエル電池の素焼き板について

こんにちは。
ダニエル電池の素焼き板が、CuSO4水溶液と、ZnCO4水溶液が混ざらないようにあるのはわかったのですが、なぜSO42-とZn2+が通りぬけられるようになっているのでしょうか?

ご存知の方教えて下さい。
よろしくお願いしますm(__)m

Aベストアンサー

 陽極で起こる反応は Zn → Zn(2+) + 2e- であり,陰極で起こる反応は Cu(2+) + 2e- → Cu です。これらの反応が進むと,陽極付近は Zn(2+) 濃度が高くなり陰極付近は Cu(2+) 濃度が下がります。この時,どちらの極においても,対イオンである SO4(2-) の濃度は変化しません。

 その結果,プラスチックなどのイオンの移動ができない素材でしきった場合には,陽極側は Zn(2+) が SO4(2-) より多くなり,陰極側は SO4(2-) が Cu(2+) より多くなってしまいます。

 この状態では,Zn(2+) の多いところ(+電荷を帯びた溶液)に+電荷を持った Zn(2+) が溶け込むことになり,反応が起こりにくくなります。同様に,SO4(2-) が多い(-に帯電した)溶液から+電荷の Cu(2+) が電極へ近づいて Cu に変わる反応も起こりにくいです。つまり,イオンの移動が無い状態では反応がすぐにストップしてしまいます。

 これに対して,イオンの移動が可能な素焼きの板を用いた場合,陽極で生じた Zn(2+) イオンは SO4(2-) が多い陰極側に流れていき,逆に陰極側で過剰になった SO4(2-) イオンも陽極側に流れていく事で,上記の溶液の+や-への帯電が起こらないため,反応が継続します。

 陽極で起こる反応は Zn → Zn(2+) + 2e- であり,陰極で起こる反応は Cu(2+) + 2e- → Cu です。これらの反応が進むと,陽極付近は Zn(2+) 濃度が高くなり陰極付近は Cu(2+) 濃度が下がります。この時,どちらの極においても,対イオンである SO4(2-) の濃度は変化しません。

 その結果,プラスチックなどのイオンの移動ができない素材でしきった場合には,陽極側は Zn(2+) が SO4(2-) より多くなり,陰極側は SO4(2-) が Cu(2+) より多くなってしまいます。

 この状態では,Zn(2+) の多いところ(...続きを読む

Qダニエル電池について

ダニエル電池の仕組みと、半透膜の存在意義がいまいちわかりません。

まず、ZnSO4水溶液にZnの電極を入れて、なぜイオンになっていくのでしょうか。
水溶液中にはZn2+イオンがあるので、負極のZnがわざわざイオンになる必要があるのでしょうか?

また、これをCuSO4水溶液のみで行ってはだめなのでしょうか?
CuSO4水溶液で行えば、Cuよりイオン化傾向の小さいZnはZn2+として溶け出し、
正極では水溶液中のCu2+が析出してCuになり万事OKな気がするのですが・・・

Aベストアンサー

正極の溶液は硫酸ナトリウムでも構いません。
しかし、Znが溶け出してゆくのですから最初から硫酸亜鉛を使った方がいいですよね。また、水溶液中にはZn^2+が存在しているのでわざわざイオンになる必要があるか、という疑問はいい指摘です。
化学IIで取り上げられる化学平衡に関連しますが、硫酸亜鉛は出来るだけうすい方が効率がよいとされます。

では、半透膜も使わない場合や硫酸銅(II)水溶液だけのばあいはどうでしょう。電子がわざわざ外部の海路を通り遠回りをする必要がありますでしょうか。負極の亜鉛板の表面上で銅が電子を受け取り析出してしまって電池になりません。

Q半透膜

セロハン以外の半透膜ってどんなのがありますでしょうか?

Aベストアンサー

こんばんは

こちらのページの目次の12番に透析膜の説明があります。
セロハン以外に10種ほど載ってますので参考になるかと思います。
http://202.216.128.227/

あとはWikiPediaの「半透膜」のところでしょうか。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%8A%E9%80%8F%E8%86%9C

Q硝酸と金属

硝酸と金属の反応について,
銅+希硝酸→一酸化窒素
銅+濃硝酸→二酸化窒素
鉄+濃硝酸→不動態形成により溶解しない

はわかるのですが,
鉄+希硝酸→水素
アルミニウム+希硝酸→水素
がわかりません。

なぜ後ろの二つは一酸化窒素ができないのでしょう。
あと化学反応式も一応教えていただけたら嬉しいです。

Aベストアンサー

>銅+希硝酸→一酸化窒素
>銅+濃硝酸→二酸化窒素
については
希硝酸:
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO↑
濃硝酸:
4HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2↑
と硝酸が分解しつつ銅を溶かしていきます。
一方、
>鉄+希硝酸→水素
>アルミニウム+希硝酸→水素
鉄:
2Fe + 6HNO3 → 2Fe(NO3)3 + 3H2↑
アルミニウム:
2Al + 6HNO3 → 2Al(NO3)3 + 3H2↑
となります。
この場合硝酸の酸としての性質が表に出、酸化剤としての性質は前面には出て来ません。
硝酸、熱濃硫酸などが「酸化剤」として働くのは、他の酸から見ると異常だと覚えていた方が良いと思います。

Qボルタ電池の水溶液を食塩水にしたら電流は流れるのですか?

ある高校の入試問題で、『銅板と亜鉛板をうすい塩酸の中に入れて、図のような装置(図省略)を作ったところ、発光ダイオードが点灯した。次の各問に答えよ。~~問3.うすい塩酸のかわりに入れても電流が流れるものを、次のア~エからひとつ選び、記号で答えよ。 ア蒸留水 イ砂糖水 ウ食塩水 エ エタノール』というものがありました。正解は。『ウ 食塩水』です。
 私自身あまり電池のことに詳しくないのですが、わたしは、イオン化傾向の違いにより電圧が発生すると思っていました。塩酸水溶液の中には、水素イオンが入っています。亜鉛は、水素よりイオン化傾向が大きいので、亜鉛イオンとなって水溶液中に溶け出します。一方、銅は水素よりイオン化傾向が小さいので、イオンになることは無く、亜鉛版のほうから流れてきた電子を水溶液中の水素イオンに与えるので、起電力が生じ電流が流れる。その結果、銅版には、水素分子のあわ粒が付着する。と。理解していました。
 水溶液を食塩水にかえたら、陽イオンはナトリウムイオンがあるだけです。ナトリウムは亜鉛よりもイオン化傾向が大きいので、そもそも亜鉛は、イオンになることができないのではないですか?
 さらに、ボルタ電池自体にも疑問が生じてきましたが、亜鉛板から亜鉛がイオンとなって水溶液に溶け出していく際に、その亜鉛板に残った電子をその場(亜鉛板上)で、水素イオンが受け取って水素分子(気体)になるということは無いのですか?亜鉛板に水素のあわ粒がついてもいいように思うのですが、いかがですか?宜しくお願いします。

ある高校の入試問題で、『銅板と亜鉛板をうすい塩酸の中に入れて、図のような装置(図省略)を作ったところ、発光ダイオードが点灯した。次の各問に答えよ。~~問3.うすい塩酸のかわりに入れても電流が流れるものを、次のア~エからひとつ選び、記号で答えよ。 ア蒸留水 イ砂糖水 ウ食塩水 エ エタノール』というものがありました。正解は。『ウ 食塩水』です。
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Aベストアンサー

ボルタ電池の問題は,ここでも何度も何度も繰り返しあがっています.
ボルタ電池をまともに考えることは,中学高校の理科では不可能です.ボルタ電池のバリエーションを出題すること自体,出題者の見識を疑います.この問題については,ボルタ電池の問題点を理解していない出題者が,うわっぺらの知識で作った問題に見えます.

ボルタ電池では水素イオンとのイオン化傾向が問題になるのではないので,塩酸であるかどうかは本質的な問題ではありません.亜鉛の溶解 (酸化) とペアになるのは,銅板表面の酸化銅の還元か,溶存している酸素の還元です.つまり,イオン化傾向では比べるものがないのです.水素イオン濃度が高ければ水素イオンの還元がおこることもあるでしょうが,別に水素イオンがなくてもかまわないのです.実際には,状況に応じてこれらの混合でおこっているのでしょうね.
イオン化傾向は,より一般的な「酸化還元電位」というものから,ある場合だけを取り出してきて,序列だけをつけたものです.そして,イオン化傾向では議論できない反応と組み合わさって電池になるので,まっとうな議論は大変複雑になります.
この問題は,単に「塩酸でも塩水でも発電する」という知識を問う以外のものではありません.なぜそうなるかを考えてはいけないのです.考えても,高校までの理科では説明のしようもないからです.まして高校入試では話になりません.

ボルタ電池の問題は,ここでも何度も何度も繰り返しあがっています.
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