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ホフマン電解装置によって塩化ナトリウム水溶液の電気分解を行ったのですが、この結果について質問させてください。

陰極では水素が発生しますが、その体積の実測値をA、流れた電気量と大気圧、飽和水蒸気圧から計算で求めた体積の理論値をBとすると、AとBのどちらが大きくなると考えられますか?
また、その理由もお願いします

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A 回答 (1件)

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http://okwave.jp/qa3588645.html
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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ホフマンの電気分解装置について

こんにちわ。授業の実験で水の電気分解をしたのですが、そのときに使用した、『ホフマン電気分解装置』の原理がよくわかりません。どこにも説明がないので困っています。身勝手な質問ですが、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

「電気分解の原理」に付いては大丈夫でしょうか?
取りあえず「ホフマンの電気分解装置」について簡単に言えば、水の電気分解によって液体(水)が気体(酸素+水素)になりますので密閉系では内圧の増加が大きく大変危険ですので「液溜め」を用いることによって内部の圧力の上昇を抑えています。また、両極で発生する気体を効率よく回収するためにあのようなH字管になっています。
また、発生した気体の体積を読む場合ですが、「液溜め」の液面と内部の液面を合わせましたよね。acidjumpさんは「ボイル(-シャルル)の法則」をご存知と思いますが、液面高さの差はそのまま大気圧と装置内部の圧力の差になりますので、大気圧での気体の体積を測定するためには、この操作を行わないと正確な値を得られないことになります。

参考URL:http://s-mac-p92.sap.hokkyodai.ac.jp/info/ex3/text/HTML/phys-ex8.html

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。

「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...続きを読む

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。
ソーラーモーターはどれくらい回るのでしょうか。食塩水の濃度をどのように変えているのでしょうか。
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。

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...続きを読む

Qだ液線の巨大染色体

ショウジョウバエ、ユスリカなど双翅目のだ液腺の染色体が異常に大きいのは何故でしょうか(構造はどうなっているのでしょうか)?参考書にはDNAが複製を続けて太くなったものとかいてありましたが、DNAが沢山からみあっているのでしょうか?それとも、特殊な折り畳み構造をしているのでしょうか?あるいは、ヒストンが意味も無く大きい?

また、そうなっているのは何のためでしょうか(どんな機能があるのでしょうか)?常に染色体の状態にあるようですが、何かメリットがあるのでしょうか?また、なぜ「だ液腺」のところにあるのでしょうか?

(パフと呼ばれるところで、mRNAが作られているというのは参考書を読んで存じています。・・・ということは、たんぱく質の合成と関係あるのでしょうが、巨大である必要はないですよね?)

なんかクエスチョンマークが多くなってしまいましたが、参考書を見ても回答が見あたらなかったので、お答えいただけると嬉しく思います。

Aベストアンサー

多糸染色体は,細胞分裂することなくDNAの複製が10回ほど行われるようです。また,ご承知のように相同染色体が対合した二価染色体ですから一層巨大なものとなるのではと思います。

構造ですが,分裂期以外の核内の一般的な染色体の構造(染色体基本繊維:直径約30nmの微細な核蛋白質繊維)で,分裂中期にみられるいわゆる折りたたまれた染色体の長さの100~150倍です。

多糸染色体は,双翅目幼虫の唾液腺だけでなく,消化管上皮細胞(中腸上皮)等に見られ,他の器官でも見られる一般的なもののようです。

最後に目的ですが,これは良くわかっていないようです。一般的には,特定のタンパク質の生産能力を高める必要があり,そのために遺伝子増幅しているのだと考えられています。ガン細胞も同様な目的で遺伝子増幅しているようです。おもしろいですね。

良いURLがありませんでしたが,下記URLは参考になりませんでしょうか。このURLでは染色体基本繊維は基本染色体原繊維となっています。

参考URL:http://www.fides.dti.ne.jp/~fuyamak/genetics/chap2.html

多糸染色体は,細胞分裂することなくDNAの複製が10回ほど行われるようです。また,ご承知のように相同染色体が対合した二価染色体ですから一層巨大なものとなるのではと思います。

構造ですが,分裂期以外の核内の一般的な染色体の構造(染色体基本繊維:直径約30nmの微細な核蛋白質繊維)で,分裂中期にみられるいわゆる折りたたまれた染色体の長さの100~150倍です。

多糸染色体は,双翅目幼虫の唾液腺だけでなく,消化管上皮細胞(中腸上皮)等に見られ,他の器官でも見られる一般的なもののようです。

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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?
ネットで調べてみたのですが、炭素と酸素が何らかの反応をするからとか、二酸化炭素や一酸化炭素、酸素の3種の混合気体になるからだと、解説してあったのですが、よくわかりません。
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顕微鏡の接眼ミクロメーター1目盛の長さについて

接眼レンズが10倍で対物レンズが40倍の場合は、対物ミクロメーターとの関係で、接眼ミクロメーターの1目盛りが25μmというのは理解できるのですが、15倍の接眼レンズで対物レンズ40倍、600倍で顕微鏡を覗いたとき、対物ミクロメーター目盛数:接眼ミクロメーター目盛数 が7:26になってました。
この場合の接眼ミクロメーターの1目盛り長はいくらになるのか計算方法を教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

> 接眼レンズが10倍で対物レンズが40倍の場合は、
> 対物ミクロメーターとの関係で、接眼ミクロメーターの1目盛りが25μmというのは理解できる

失礼ながら、ミクロメーターの原理を理解されていません。

「接眼ミクロメーター」は、等間隔にメモリが刻んであれば良いので、実際の長さとは関係ありません。
「対物ミクロメーター」は、普通、1mmを100等分した正確な目盛りで、接眼ミクロメーターを校正するときだけ使います。

> 対物ミクロメーター目盛数:接眼ミクロメーター目盛数 が7:26

 となっていれば、観察対象を見たとき、26目盛りが100分の7mmに相当するということです。
つまり、1目盛りが 70/26=2.692... 約2.7μm ということになります。

実際に使用するときは、接眼目盛りの数値に対応する実際の寸法を表にしておきます
この例ですと、以下のような表になります。
 1  2.7 μm
 2  5.4
 3  5.1
 :
 5  13.5
 :
10  27
 :

このような表を、対物レンズ毎に作ります。対象の長さを接眼ミクロメーターの目盛で数えて、表を読み、**μm と判断します。

接眼レンズは10倍が最も多く使われているので、顕微鏡メーカーの組み込み(指定)ミクロメーターを
使うと、対物10倍で10μm/1目盛 40倍で2.5μm/1目盛 と、キリの良い数値になります。

> 接眼レンズが10倍で対物レンズが40倍の場合は、
> 対物ミクロメーターとの関係で、接眼ミクロメーターの1目盛りが25μmというのは理解できる

失礼ながら、ミクロメーターの原理を理解されていません。

「接眼ミクロメーター」は、等間隔にメモリが刻んであれば良いので、実際の長さとは関係ありません。
「対物ミクロメーター」は、普通、1mmを100等分した正確な目盛りで、接眼ミクロメーターを校正するときだけ使います。

> 対物ミクロメーター目盛数:接眼ミクロメーター目盛数 が7:26

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Q電気分解で理論値より酸素が少なくなるのは?

以下の問題で困っています。

(問)硫酸を少量加えた水を200mAで15分間電気分解したところ、1.0atm、25℃で負極側22.8ml、正極側10.0mlのガスがそれぞれ生じた。
(中略)
それぞれのガスの実測体積からどのようなことが言えるか?

ここで理論値では、負極側に水素が22.8ml、正極側に酸素が11.4ml発生すると思います。

酸素の実測体積が理論値より少ないのは何故かを問う問題だと思うのですが…。

私には、「酸素が水に溶けたから」くらいしか思いつかないのですが、こんなのでいいのでしょうか?

非常に不安なので質問いたしました。
よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

これは大学受験の問題なのでしょうか?

確かに電流200 mA 15分の電気分解で発生する水素、酸素の体積は、
大気圧25℃の条件下ではそれぞれ22.8, 11.4 mLですので、
酸素発生量だけが1.4 mL近く理論値よりも低くなっています。

しかしながら現実には、水素も酸素ほどでは無いにせよ、
水に溶解します。

酸素の水への溶解度(モル分率)は、2.29 x 10^-5
水素の水への溶解度(モル分率)は、1.41 x 10^-5

で、両者には40%の差しかありません。

また希硫酸の影響ですが、水素、酸素の溶解度は共に同じ程度、
硫酸の添加により増します。(詳しくはセチェノフ係数のデータ参照)。

ですからこの問題で、酸素が1.4 mLも電解質に吸収されたのなら、
水素も0.8 mL前後吸収されないとおかしいのです。

酸素は酸化剤ですから、水槽に突っ込んだ電極を一部酸化してしまった
というのも一つの解として考えられます。という訳で:

「発生した酸素の体積が論理値よりも低い原因は、
一部の酸素が希硫酸溶液に溶け込んだことと、
一部の酸素が電極表面を酸化してしまったことである。」

設問の条件からは、むしろ
酸化の効果の方が大きいことになります。
もっともここまでの解答を導くには、
現実の水素、酸素の溶解度が与えられる必要があるでしょう。
少なくともこの設問は穴があると思います。

これは大学受験の問題なのでしょうか?

確かに電流200 mA 15分の電気分解で発生する水素、酸素の体積は、
大気圧25℃の条件下ではそれぞれ22.8, 11.4 mLですので、
酸素発生量だけが1.4 mL近く理論値よりも低くなっています。

しかしながら現実には、水素も酸素ほどでは無いにせよ、
水に溶解します。

酸素の水への溶解度(モル分率)は、2.29 x 10^-5
水素の水への溶解度(モル分率)は、1.41 x 10^-5

で、両者には40%の差しかありません。

また希硫酸の影響ですが、水素、酸素の溶解度は共に同じ...続きを読む

Q分解電圧

電解質溶液に、白金電極を用いて電気を流す実験を行いました。電圧を0.1Vずつあげていって、その時の電流のあたいを測るものなのですが、電解質溶液として
塩酸、硫酸、水酸化ナトリウム、硫酸銅水溶液、硫酸ニッケル、硫酸亜鉛を用いました。(全て1Nで250mlつくり、そのうちの50mlを使いました)
このとき、電流が流れるあたいに違いが出ることについては、どこに観点を置いて調べればいいんでしょうか??

また、硫酸銅は、濃度を1/2と1/4に薄めて実験を行ったのですが、流れる電流の値も小さくなりました。その理由はなんて説明したらいいのでしょうか?

色々質問しましたが、どれか一つでもお答えいただければありがたいです。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

各種水溶液を「抵抗体」と考えて、濃度や温度における抵抗から、流れる電流を考慮する考え方は、下のNo.3の方のご説明でよろしいかと思います。

ご質問の意図をもう少し深く考えるなら、電極反応(電気分解時の電極上で起こる酸化還元反応)を考慮する必要があります。
塩酸を白金電極で電解する場合、【理論的には】陽極から塩素ガスが、陰極から水素ガスが発生します。
硫酸,NaOHであれば、陽極=酸素。陰極=水素。
硫酸銅水溶液なら、陽極=酸素。陰極=金属銅の電析(ただし、水溶液中の銅イオンがなくなるまで)
硫酸ニッケルと硫酸亜鉛については、陽極=酸素は変わりませんが、陰極反応はちょっとわからないですね。
恐らくニッケルは析出するでしょうが、亜鉛は析出しないかな?するかもしれません。

これはあくまでも理論的に起こり得る反応の結果を列記したもので、実際に1Nの濃度そのときの液温において、理論どおりに反応が起こる訳ではありません。

酸素発生・水素発生の白金上での過電圧,各電極素反応の電位=理論電解電圧,電流密度といったキーワードで調べるとよいかと思います。

電解槽電圧(Volt)=理論電解電圧+過電圧+溶液抵抗

電源と電圧計に表示される「ボルト」と、電極反応の電位「ボルト」とを混合されませんよう。

★純水の理論電解電圧=1.229V
でも、実際に純水に1.23Vの電圧をかけると???

各種水溶液を「抵抗体」と考えて、濃度や温度における抵抗から、流れる電流を考慮する考え方は、下のNo.3の方のご説明でよろしいかと思います。

ご質問の意図をもう少し深く考えるなら、電極反応(電気分解時の電極上で起こる酸化還元反応)を考慮する必要があります。
塩酸を白金電極で電解する場合、【理論的には】陽極から塩素ガスが、陰極から水素ガスが発生します。
硫酸,NaOHであれば、陽極=酸素。陰極=水素。
硫酸銅水溶液なら、陽極=酸素。陰極=金属銅の電析(ただし、水溶液中の銅イオンがな...続きを読む

Q水素であることを確認するためには?

 こんにちは。中学の理科で、やったと思いますが、水上置換でうすい塩酸に亜鉛を加えたりすると、水素が出ますよね。
 当時、その気体が水素であることを確かめるのに、気体の入った試験管に線香を入れて、はげしく燃えることで確認しました。ところが、最近、インターネットなどを見ていて、水素は酸素と混ざると爆発する!!などと書かれてありました。危険だと思い無知のまま実験してみるのも怖いのでお聞きします。
 これは、火を近づけなくても音が出たりするのですか?それとも、水素と酸素が混じった状態で火をつけると爆発するのですか?
 いろいろ調べてみると、この実験中に、過って失明した生徒もいたようです。安全に水素であることを確かめるにはどんなことに気をつけたらよいのでしょうか?教えてください。

Aベストアンサー

こんにちは。
水素は爆発する濃度の範囲が非常に広く、大変爆発しやすい事でしられています。

酸素と水素が体積で1対2で混ざった気体は非常に強い爆発を起こし、「水素爆鳴気」として知られています。

ただ、火薬などでもそうですが、爆発の大きさ、ひどさは量によります。

どんなすごい爆薬でもほんのちょっとなら花火程度にしかならないのと同じで、水素もちょっとだけの量なら火をつけても「ポン」って音がする程度です。

しかし、調子にのって、瓶などにいっぱい集めて火をつけたりすると、大爆発を起こして瓶位なら吹きとばして粉々になってしまう場合があり、大抵はその破片で怪我をします。

特に破片が目に入った場合は失明などの重症をおう場合も多いです。

しかし容器に入ってない水素は大変軽いので、すぐに上にのぼります。
閉じ込められた部屋に大量の水素が洩れると危険ですが、屋外など、広い場所で水素を噴出させて火をつけても、バーナーのように火が吹き出すだけです。

また、試験管の中に水素だけが入ってる場合、酸素がないと燃えないですから、外の空気と接してる部分だけで燃えます。

ただ、この場合も水素が出口に動く事で、空気が試験管の中に流れ込み、爆発する場合があります。

こういう実験はくれぐれも大量のガスに火をつけない事が重要です。

なお、>火をつけなくても爆発・・・という事はありませんが、水素は静電気の火花などちょっとした火花でも火がつきやすい物質です。

大量に水素を使う、工場などでは、静電気の起きない手袋や衣服で作業するなどの注意を払っています。

こんにちは。
水素は爆発する濃度の範囲が非常に広く、大変爆発しやすい事でしられています。

酸素と水素が体積で1対2で混ざった気体は非常に強い爆発を起こし、「水素爆鳴気」として知られています。

ただ、火薬などでもそうですが、爆発の大きさ、ひどさは量によります。

どんなすごい爆薬でもほんのちょっとなら花火程度にしかならないのと同じで、水素もちょっとだけの量なら火をつけても「ポン」って音がする程度です。

しかし、調子にのって、瓶などにいっぱい集めて火をつけたりすると、大...続きを読む

Q駒込ピペットの一滴

実験で駒込ピペットを使ったのですが、一滴の量が分からず、困っています。

実験で使ったものは1mlと白い太字で書いてあったものなのですが、(1mlまで量れるという意味なのかはよく分からないのですが)一滴の量がおおよそどれくらいなのか、また、どういった値で計算したらよいのか教えてください。

Aベストアンサー

ピペットの一滴は約30マイクロリッターです.


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