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先日、興味があって食塩水の電気分解をしてみました。
飽和食塩水を用いるべきでしたが、タイミングよく食塩が切れてしまい、飽和状態ではなかったと思います。
陽極側と陰極側の水溶液は細い管でつながっており、両極とも炭素棒を使用しています。
安定化電源で電圧を加えると、陰極からは緻密な泡が生じ、陽極からは直径0.5mmほどの気泡が生じました。
しばらく通電すると陽極側の水溶液が黄色く変色してきました。
ここで陰極からは水素が生じていて、陽極からは塩素が生じ、その塩素が水に溶けて次亜塩素酸と塩酸になり、その結果黄色くなった。水酸化ナトリウムや次亜塩素酸ソーダが生じている可能性がある。
と結論づけ、実験を終えました。
そのまま数日放置しておいたのですが、陰極側に白い沈殿が生じていて、陽極側の水溶液の色が淡い黄色に変わっていました。
さらにこれは起電力約2Vの電池になっていることもわかりました。
水溶液の入った容器は両極とも開口しており、塩素は残っていたとしても、非常に軽い水素が残っているとは思えません。
いったいどのような反応が起きているのでしょうか。

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A 回答 (1件)

>塩素は残っていたとしても、非常に軽い水素が残っているとは思えません。


炭素電極を使って電気分解をした場合、吸着がかなり起こっているようです。炭素棒は多孔質です。活性炭で推測してみてください。金属電極ではこういうことは起こらないと思います。

炭素棒で水を電気分解をした場合でも電池をはずした後に起電力が生じます。これは2H2O→2H2+O2の逆反応が起こっていると考えられますので燃料電池ができていることになります。(手回しの発電機で希硫酸、または水酸化ナトリウム水溶液を電気分解します。しばらく分解を続けた後ハンドルを回すのを止めます。一度きちんと止めた後手を離すとハンドルが勝手に回転し始めます。)

ご質問の場合も起電力はH2+Cl2→2HClの反応に対応するものだと思います。
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この回答へのお礼

つまり、炭素棒にあいている無数の穴に水素が閉じ込められていたということですね!
だとすれば電池になってしまったのも納得できます。
そういえば水酸化ナトリウムの製法では陽極に炭素、陰極に鉄を使用していましたが、これも今回の件と関係あるんですかね?
ありがとうございました。

お礼日時:2007/11/09 20:31

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Q塩化ナトリウム水溶液の電気分解について

先日、塩化ナトリウム水溶液を電気分解する実験をしました。その際塩素と酸素が発生したのですが、塩素の体積が極めて少なくなりました。これはなぜなのでしょうか?教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

発生するのは、塩素と水素ではないでしょうか?
さて、どんな装置で電気分解をしたかによりますが…

発生した塩素が液に溶解・反応したことが考えられます。
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2
化学反応式からわかるように、水酸化ナトリウムが生じますが、これは塩素と反応します。
2NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO

また、陽極に金属を使用した場合は、塩素が発生する代わりに金属がイオン化して溶け出すことが考えられます。

Q水の電気分解で炭素棒を使うと、実験結果がおかしくなる理由は?

水の電気分解で、ステンレス棒を使うと水素と酸素は2:1の割合ででてくるのに、炭素棒を使うと正しい比にならないのはなぜですか?
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O2もCO2も必要な酸素原子の数は同じで出来る分子数は同じなので、酸素も二酸化炭素も体積はおなじなのではないのでしょうか?

Aベストアンサー

おそらく、電解質として水酸化ナトリウムを添加していると思います。
その場合、陽極で発生する酸素により炭素電極が酸化され、二酸化炭素が生成します。
これは即座に炭酸イオンとなります。
炭酸イオンは水酸化物イオンよりもイオン化傾向が大きいので、
陽極では水酸化物イオンが反応し続けます。
条件にもよりますが、炭素電極が腐敗して黒い粉がぼろぼろでることもあります。
だから、陽極は白金やステンレスを使うのが一般的です。

電気分解を行う際はイオン化傾向、溶液と電極の反応のほかにも、
生成物と電極との反応も考慮に入れて実験系を作ります。

Q食塩水を電解質溶液とする化学電池について

すみません,中学3年生ですが,次のことについてご指導ください。よろしくお願いいたします。

「食塩水を電解質水溶液,金属板を亜鉛と鉄とした化学電池について,食塩水の濃度を濃くすると流れる電流の大きさが大きくなるのはなぜか。『イオン』という語を用いて説明せよ」という問題です。

化学電池で電流が流れる理由についての,私のこれまでの理解は以下のようなものです。

亜鉛の方が鉄よりイオン化傾向が大きいので亜鉛が食塩水に溶けだす→亜鉛板に電子を残す→鉄板よりも電子が過剰になるので導線を通って鉄板に移動する→水溶液中の水素イオンはナトリウムイオンよりもイオン化傾向が小さいので,鉄板に移動し,電子を受け取って水素となって発生する

ここで私が悩んでいるのは,「食塩水の濃度が濃くなる→NaClが多くなる」ことと電流の大きさが大きくなるのがどうつながるか,という点です。上の私の理解では,電流の大きさは水素イオンの数に応じて大きくなったり小さくなったりするのであって,NaイオンやClイオンの数とは結びつかないのですが…

それとも上記の私の理解のどこかに誤りがありますか。

どなたかお詳しい方,ご助言いただけたら幸いです。よろしくお願いいたします。
(私は中学3年生ですが,私立で一部高校の内容も学んでいるので,高校生向けのご説明でも代位丈夫だと思います)

すみません,中学3年生ですが,次のことについてご指導ください。よろしくお願いいたします。

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Aベストアンサー

中学校や高校で電池を扱う場合は構造のはっきりした典型例でやるべきだと思います。理屈ははっきりしないがとにかく電流が流れるというレベルの電池について含まれている物質の役割を質問しても明確な答えは出てきません。そういう意味でボルタ電池は扱わないとなっていたはずなんですがいつの間にか復活してしまったようですね。銅、亜鉛、食塩水のボルタ電池でさえ解説はあいまいです。鉄、亜鉛になるともっとあいまいになるでしょう。(電気化学の専門家で「ボルタ電池」をキチンと説明しようと思っている人はほとんどいないのではないでしょうか。「過去の遺物」なのです。したがって出回っている説明は何十年も前の化石のようなモノだけです。この説明は一度消えた単元を復活させて得意げな顔をしている人たちに責任を取ってもらわないと仕方がありません。ただし、後で出てくる酸化・還元反応の理解の妨げになるようなものを書かれると困ります。)

電池は「酸化・還元反応に伴う電子の移動を外部回路に取り出して利用する装置」です。酸化剤の反応、還元剤の反応がはっきりと書き下すことができないものを電気が流れるというだけで持ち込むことは避けるべきです。
※銅、亜鉛、食塩水のボルタ電池について
  Zn→Zn^2+ +2e^-
  2H^++2e^+ →H2
 と書いてあるのをよく見ます。
 これは1つにまとめると
 Zn+2H^+ → Zn^2++H2
 という反応と同じになります。
 硫酸を使った電池であれば起こるでしょうが食塩水では起こらないはずです(「亜鉛は酸とは反応するが常温の水と反応しない」というのはどの教科書にも載っている必須項目です。Mgだとゆっくりと反応が起こります。何とかわかるという限界です)。自発的に起こらない反応は電池として利用できません。
 こういう説明ではだめだということは30年前でも十分に了解されていたはずのものなのですが、またそのまま復活しています。もう、うんざりです。

NaClは酸化剤にも還元剤にもなりませんから質問者様の疑問はもっともなのです(ただ、電流が水素イオンで決まるというところは「???」です。)。酸化剤にも還元剤にもならない物質の存在がなぜ必要かについてまともに答えている解説はほとんどないのではないでしょうか。

>食塩水を電解質水溶液,金属板を亜鉛と鉄とした化学電池について,食塩水の濃度を濃くすると流れる電流の大きさが大きくなるのはなぜか。『イオン』という語を用いて説明せよ」

いかにも実験的に確認されたものであるかの様に書かれています。中学校での問題ですからよく知られている現象であるということも前提になりますね。本当でしょうか。
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蒸留水ではうまく回らないが食塩水では回るという意味でのことでしょうか、それとも5%の食塩水と10%の食塩水で電流値が変わるということを言っているのでしょうか。

昔、「イオン化傾向の異なる2つの金属と電解質溶液があれば電池になる」という説明が出回っていました。この問題もそれにのっとってのもののように見えます。電流は電解質のイオンが移動することで生じるという説です。現在は「電極表面でおこる酸化・還元反応によって電子の移動が実現する」という立場で考えています。高校の教科書では、電池は酸化・還元反応の単元の中で出てきます。

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Q食塩水をステンレス電極で通電したら黒い物質が出てきたのはなぜか教えてく

食塩水をステンレス電極で通電したら黒い物質が出てきたのはなぜか教えてください。
中学校の実験で、食塩水が電流を通すかステンレスを電極にして確かめた時、普通は塩素が発生して水溶液が黄色になるのですが、中には黒い物質が出てきた班がありました。これは、ステンレスの孔食による鉄の酸化のせいなのでしょうか?今ひとつ自信がないので教えてください。

Aベストアンサー

黒い物質は鉄が酸化されたものだと思います。

興味深い減少は溶液が黄色になることです。
塩素水は無色で色がついているわけでありません。
おそらくはステンレス中に含まれるクロムイオンでしょう。
また、発生期の酸化力の高い塩素に触れていることから、
これは有毒な六価クロムではないかと思われます。

塩素を発生する電気分解はたいていの金属が腐食します。
炭素棒電極を使われることをお勧めします。
代用的なものでは三菱uni換え芯です。(シャーペンではない)
普通の鉛筆と同じくらいの芯が50円程度で売られています。

Q自由研究で燃料電池をつくっているんですが・・・・

中2です。
自由研究で燃料電池をつくっています。「やり方はプラスチック容器に水と食塩を入れ、鉛筆の芯2本をその中に立てて乾電池の+極-極に導線を付け、鉛筆の芯につなぎ、電気分解をして豆電球がつくかどうか試し、ついたら燃料電池ができる 」ということなんですが、私の場合、電気分解しても泡が出ずさらに豆電球もつきません。
  もし良ければこの実験失敗の原因とどうすれば解決するか教えていただけないでしょうか?この実験自体間違っていたら正しい実験方法を教えていただけないでしょうか?
  長々とすいません。 

Aベストアンサー

 テスターを使ったことはありますか?ホームセンターで1000円~3000円位で売っていますので、それを入手して対象となる回路に本当に電流が流れていないかどうかチェックしてみては如何でしょうか?豆電球を点灯する電流はミリアンペア以上必要でしょうから、作られた「燃料電池」の発生電流が例えばその100分の1の電流だとすると、電流は流れているが豆電球は点灯していない・・・だから失敗だ・・・になってしまいます。 どうかNever Give Upの精神で探求してみてください。 なおテスターが高い!ということなら100円ショップで売られている「電池チェッカー」がお勧めです。あれについている「検流計(微弱電流が流れるとコイルが回転して針が動く)」の部分をばらして微弱電流の検出に使うという「手」もあります。もっとも「どれくらい」という疑問には応えてくれませんので、そこが100円の限界ですが。
 なお、食塩水は濃度を変えるという点、鉛筆の芯は備長炭にしてみる(これまた100円ショップで売っているようです)、片方(両方)の電極をアルミや他の金属にしてみる・・・などいろいろ変えて(水準をふると言います)実験して、もっとも結果に大きく影響するものは何かを見出すという作業をトライされてみてはどうでしょう。いま世の中の第一線の多くの技術者が取り組んでいる「品質工学(QE)」の世界の入り口を(僅かですが)同時に味わえることができるのではないか・・と存じます。

 テスターを使ったことはありますか?ホームセンターで1000円~3000円位で売っていますので、それを入手して対象となる回路に本当に電流が流れていないかどうかチェックしてみては如何でしょうか?豆電球を点灯する電流はミリアンペア以上必要でしょうから、作られた「燃料電池」の発生電流が例えばその100分の1の電流だとすると、電流は流れているが豆電球は点灯していない・・・だから失敗だ・・・になってしまいます。 どうかNever Give Upの精神で探求してみてください。 なおテスターが高...続きを読む

Q重曹を電気分解すると・・・?

 以前ある質問をして、炭酸水素ナトリウムを電気分解をすると水酸化ナトリウムが得られるというご回答をいただいたのですが、たしか加熱をすると水とCO2が発生して炭酸ナトリウムが発生したと思うのですが、電気分解では違う反応が起こるのでしょうか。ご存知の方、教えてください。御願いいたします。

Aベストアンサー

実際に試したわけではありませんので、予想を書かせていただきます。
まず、陽極で起こる反応としては、
4OH- → O2 + 2H2O + 4eで問題ないと思います。

陰極での反応としては、陽イオンの還元ということになりますが、Na+は還元されないでしょうから、
2H+ + 2e → H2ということになると思います。
ということになれば、単なる水の加水分解が起こるだけのように思われます。

炭酸水素イオンの炭素の酸化数は+4ですので、これが陽極で酸化されるとは考えられません。

また、反応系内で部分的に、H+の濃度が増加することがあれば、弱酸である二酸化炭素が追い出されることもあるでしょうが、完全に追い出されるとは考えにくいと思います。

また、現実問題として、重曹の溶解度と電離度は高くないために、重曹水溶液の電気分解は効率的ではないようです。

なお、熱分解とは全く別の反応ですの、比較するのはあまり意味がないように思います。

参考URLに「電気パン焼き」の話が出ており、そこで重曹やその他の電解質の効果について述べられています。本件と直接の関係は薄いかもしれませんが、重曹の効果に関する考察も少し述べられています。

参考URL:http://web.kyoto-inet.or.jp/people/sugicom/kazuo/neta/butu19.html

実際に試したわけではありませんので、予想を書かせていただきます。
まず、陽極で起こる反応としては、
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陰極での反応としては、陽イオンの還元ということになりますが、Na+は還元されないでしょうから、
2H+ + 2e → H2ということになると思います。
ということになれば、単なる水の加水分解が起こるだけのように思われます。

炭酸水素イオンの炭素の酸化数は+4ですので、これが陽極で酸化されるとは考えられません。

また、反応系内で部分的に、H+の濃...続きを読む

QNaOHの電気分解(正負電極が鉄の場合)

水酸化ナトリウム水溶液の電気分解において、電極(陽極、陰極)共に鉄を使用する場合の
各電極自体に起こっている酸化還元反応はどのようになっているのでしょうか?
陽極は、鉄がイオン化して溶液中に溶け出すのでしょうか?
陰極ではどのようなことが起こっているのでしょうか?
反応式で回答していただけるとありがたいです。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

>ご回答ありがとうございます。ひとつ追加で質問させてください。
>陽極より、溶け出した鉄イオンはそのまま溶液中に残りますか?
>それとも他の物と反応するのでしょうか?

中途半端な回答をしてしまい,大変失礼しました.

イオン化傾向は,Na+>Fe+という関係なので,
同じ水溶液中では,イオンとして存在し難くなり,
水酸化ナトリウム水溶液の濃度が濃い条件下では,
水酸化物イオン(OH-)と反応し,
Fe(OH)2 水酸化鉄(II)
という緑色の沈殿物が生じます.

Q電気分解で発生する気体について

表題の通りなのですが、
例えば、NaCl水溶液を電気分解するとき、
高校では確か、H2とCl2が発生するということを学びます。
しかし、大学でネルンストの式を勉強して思ったのですが、

Cl2 + 2e- = 2Cl-
E = 1.36 - 0.059log[Cl-] vs NHE

O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
E = 1.23 + 0.059log[H+] vs NHE

ですので、どちらの反応が進むかは塩化物イオン濃度とpHに依存すると考えられます。
たとえば、[Cl-] = 0.5 M,pH=7のときは、
E(Cl) = 1.38, E(O) = 0.817
ですので、この電極に、1.3 V vs NHE の電圧をかけたときは、
塩素発生ではなく、酸素発生の反応が進行すると考えていいのでしょうか?
また、1.5 Vとかかけたときには塩素発生も酸素発生も両方なのでしょうか?
あるいは、片方だけなのでしょうか?

教えてください。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

渡辺正編著「電気化学」(H13丸善・・・基礎化学コース)p17、18
食塩水の電気分解において
・塩素が発生するのはNaClの濃度がそこそこ高い水溶液に限った現象である。
・電圧が大きければどんな食塩水でも陽極の気体には必ず酸素が(微量のオゾンO3も)混じってくる。
・NaClの濃度が0.001Mあたりまで下がると、電圧が3V程度でも、陽極から出る気体は酸素が主体になる。そのため、濃度を大まかにせよ指定しない入試問題は、欠陥問題だと言わざるをえない。

・標準電極電位だけで考えれば中性あたりのpH条件だと、塩化物イオンCl^-よりも水H2Oの方がはるかに酸化されやすいはずなのだ。しかし実際にやってみると、普通は塩素が出てくる。謎を解くカギは"過電圧"というものが握っている。
・塩化物イオンCl^-が塩素Cl2になる変化に比べ、2分子のH2Oが酸素O2になる変化はけた違いに複雑である。・・・こうした中間段階のどれかが大きな活性化エネルギーを必要とするため、酸素発生は進みにくく、塩素の方が先に出てしまう。

Q化学の銅と塩酸の反応についてです

一般的には銅はイオン化傾向が小さく、希塩酸と反応して水素は発生しない。といわれていますよね。

ある質問で、塩酸濃度の違いによっては銅と反応して水素ができる。と意見があったのですが、詳しい方、どうか教えてください。

ネットなどで見る限り、わずかに反応はするものの水素が発生することはないようなのですが…

Aベストアンサー

CuO+2HCl→CuCl₂+H₂O
水素はできません。
 また、塩酸に過酸化水素水を少し入れると溶けます。

銅の表面には空気中の酸素と徐々に反応して酸化銅の皮膜が形成されますので、古い十円玉を塩酸につけると緑色の銅イオンが確認できます。

Q―OHってアルカリ?

NAOHはOHをだすからアルカリ
meOH、etOH、meCHO
meCOOH、phOHなど
-OHがあるのでアルカリですよね?
高校のときアレウなんちゃらかなんかで習いました。
うろおぼえなので高校生でもわかるように、世間一般もわかる。(専門的な言葉を使うときは、説明してください。)
わかりやすい答えをおまちしてます。

Aベストアンサー

アレニウスの定義のことですね.

「水酸基-OHをもち,水溶液中で水酸化物イオンOH-を放出するものをアルカリと定義する」

といったのがアレニウスのおじさまです.


しかし!アレニウスの定義には欠陥があることがわかりました.それは,
・非水溶液(有機系の溶媒)にはこの定義が使えない
・アンモニアがアルカリ性であることが説明できない
などです.これらをさらに説明したのがブレンステッドの定義ですが,それは参照URLに説明を譲ります.


要するに,「-OHがあるからといって,それがアルカリ性とは限らない」わけです.
例えば,酢酸CH3COOHは,-OHをもっているからアルカリ性と思ってしまいます.しかし,酢酸を水溶液中に放出すると,

CH3COOH <--> CH3COO- + H+

というように,OH-を放出するのではなくて,H+を放出するようになってしまい,これは酸性であるといえます.
どうしてかというと,酢酸の場合はC-OHの結合が切れるより,O-H間の結合のほうが切れやすいからです.
実際,食酢はすっぱいですよね.


要するに,「たとえ-OHをもっていていも,H+を放出するものは酸性である」といえます.


では,OH-が放出されるのか,はたまたH+が放出されるのかについては,高校化学では若干説明しにくいところがあるので省略します.
ごくごく簡単に言うと,A-OHがイオン結合のようにゆるい結合で結ばれていればアルカリ性になりやすく,A-OHが共有結合のような硬い結合で結ばれていれば中性あるいは酸性になりやすいとイメージしていただいても結構かと思います.(すべてがそうとは言えませんが)

例を挙げると,NaOHやKOH,Fe(OH)3などのような無機化合物は塩基性である場合が多く,アルコール(MeOH,EtOHなど)は中性,フェノール(PhOH)は弱酸性であることが知られています.
また,ご質問にあるアルデヒドMeCHOの構造は,正式にはMe-CH=Oでして,-OHがくっついているというわけではございませんので,基本的には中性に分類されます.

参考URL:http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter3/lecture6/lect3061.html

アレニウスの定義のことですね.

「水酸基-OHをもち,水溶液中で水酸化物イオンOH-を放出するものをアルカリと定義する」

といったのがアレニウスのおじさまです.


しかし!アレニウスの定義には欠陥があることがわかりました.それは,
・非水溶液(有機系の溶媒)にはこの定義が使えない
・アンモニアがアルカリ性であることが説明できない
などです.これらをさらに説明したのがブレンステッドの定義ですが,それは参照URLに説明を譲ります.


要するに,「-OHがあるからといって,それがア...続きを読む


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