水の電気分解と燃料電池の実験

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質問者：knyn15
質問日時：2007/08/27 10:14
回答数：5件

自由研究でタイトル通りの実験をしています。
水の電気分解で、－極はみるみる内に気泡が発生し水素がたまってきましたが、＋極はほとんど変化がみられません。電極は備長炭、電解液として水道水に食塩を溶かしたもの、電源は９Ｖアルカリ乾電池を使用しています。備長炭の隙間に有る程度蓄積されるらしいとテスターや豆電球をつなげてみましたが、やはり無反応でした。中学生レベルでの実験です。アドバイスお願いいたします。

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回答 (5件)

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No.5

回答者： ht1914
回答日時：2007/08/29 16:50

食塩水ではやったことがありませんので何とも言えません。

水の場合について補足をしておきます。
Ｈ２Ｏ⇔２Ｈ２＋Ｏ２の逆反応と書きましたが正極に吸着したＯ２と負極に吸着したＨ２が直接反応するわけではありません。水酸化ナトリウム水溶液の場合とします。
電気分解では次の反応が起こっています。
正極では
４ＯＨ－→Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ－
負極では
４Ｈ２Ｏ＋４ｅ－→２Ｈ２＋４ＯＨ－
外部電池を外して燃料電池として働かせる時はこの反応の逆反応が起こることになります。

食塩の場合は電気分解
正極
４Ｃｌ－→２Ｃｌ２＋４ｅ－
負極
４Ｈ２Ｏ＋４ｅ－→２Ｈ２＋４ＯＨ－
外部電池を外して回路を接続したときにこの逆反応が起こるかということです。起こってもよさそうに思いますが量的にはよく分かりません。

Ｃｌ２が水に溶けるというのは
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ⇔ＨＣｌ＋ＨＯＣｌ
で表されています。

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この回答へのお礼

とても参考になりました。ありがとうございました。

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お礼日時：2007/09/11 22:24

No.4

回答者： ht1914
回答日時：2007/08/28 16:59

燃料電池ということですがどういう反応を想定されているのでしょうか。

水の電気分解とその逆反応ということでしたらやっておられることが合っていません。
２Ｈ２Ｏ⇔２Ｈ２＋Ｏ２
教科書では希硫酸か水酸化ナトリウム水溶液でやると載っています。
希硫酸は自動車、バイクのバッテリー液として手に入ります。酢酸でも代用できるでしょう。料理用の酢には色んなものが混ざっていますので何が起こっているかの判断が難しくなります。塩酸は塩化物イオンが酸化されるので使えません。

食塩水の電気分解は塩酸の電気分解と同じものになります。
２ＨＣｌ⇔Ｈ２＋Ｃｌ２
この逆反応が起こるためにはＣｌ２がそのまま炭素電極の隙間に吸着されている必要があります。塩素は水に溶けやすいです。隔壁のない容器での電気分解では陰極で生じた水酸化物イオンとの反応も起こります。
元々が炭素電極の隙間に吸着しているわずかな物質による反応を見るのですから塩素では無理だろうと思います。

水の電気分解の場合であれば炭素の隙間に吸着した水素と酸素による電流が観察されます。
手回し発電機でやった場合には回すのを止めた後の少しの時間、発電機のハンドルが勝手に回り続けます。
電池でやる場合は回路を切ってソーラーモーターを接続すると回転が見られると思います。ソーラーモーターは普通の模型用のモーターに比べて低電流で動作します。プロペラの代わりに小さな紙切れを軸に貼り付ければ見やすくなります。
電池の電圧は３Ｖで十分です。単一２コ直列でいいです。電圧が高すぎ里と普通は起こらない反応が起こったりしますので注意が必要です。

電気分解については教科書で調べ直して見る必要があります。

この回答への補足

ご丁寧な回答ありがとうございます。とても参考になりました。もう１点確認させて下さい。食塩水のため水素と塩素が発生したということですよね。水素と塩素でも燃料電池として電気を発生させることはできるという理解でいいのでしょうか。今回うまくいかなかったのは、塩素が水に溶けやすいために、燃料電池として必要な量の塩素を炭に蓄積できなかったためと考えるのが妥当なのでしょうか？

補足日時：2007/08/28 23:01

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