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ダニエル電池の起電力
ダニエル電池の起電力の理論値は1.1Vですよね。0.7Vだったのですが何が原因だったのでしょう?

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塩橋」に関するQ&A: 塩橋の太さについて

A 回答 (4件)

質問者様は測定値が1.1Vから0.7Vに下がったとは書いておられません。


最初から0.7Vということではないでしょうか?
それならばダニエル電池の安定性は関係ありません。

標準電極電位から1.1Vの起電力があるはずですが、そうはならないのは
ダニエル電池の内部抵抗が大きいからではないでしょうか?
溶液内をSO42-やZn2+などの大型のイオンが動かないと電流が
流れないので、初期電圧はボルタ電池よりも低いことが想定されます。

また、私が食塩水と素焼き板の話を出したのは、素焼き板の内部抵抗を
調べて欲しかったのです。
素焼き板と言ってもいろんなものがあります。実験器材屋さんが売っている
セラミック製の薄いものから植木鉢のような厚いものまであります。
そこで、食塩水だけで抵抗値を測り、素焼き板を入れてどれだけ抵抗値が
変わるかを見て欲しかったのです。
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#1です。



#2様もダニエル電池を取り違えているような気がします。
もしかしたらボルタ電池に素焼き板を入れればダニエル電池だと思っておられるのではないでしょうか。
そうでなければ
>食塩水に素焼き板を入れて・・・
ということでダニエル電池の事を調べることができるという文章は書かないはずです。

ボルタ電池は安定した電圧が得られません。
ダニエル電池では安定した電圧が得られるという事で普及しました。オームの法則が見つけられたのもダニエル電池を使ってだと思います。安定した電圧が得られなければ電流、電圧の関係は見つけようがないはずだからです。
1Vという電圧はダニエル電池1つ分の電圧です。ダニエル電池1つ分、2つ分ということであれば1D、2Dで良かったはずですが1V、2Vになりました。ダニエル電池はボルタ電池の改良型として理解されていたからです。でも全く異なる電池です。反応の内容が異なります。電極が共通というだけです。
電極が共通であれば同じ電池だと考える人がいまだにかなりの数いるという事からすると、当時そのように考えたというのは無理もないことだという事になります。

質問者様はダニエル電池とはどういうものであると習われましたか。

ビーカーを使ってボルタ電池とダニエル電池を作り、ソーラーモーターを取りつけます。
ボルタ電池の場合、数分間でモーターが止まってしまいます。長くて10分程度です。
ダニエル電池の場合、数時間です。10時間回すというのも可能です。
(放課後、セットしてそのまま下校したら、翌朝登校した時にまだモーターが回っていたという事もありました。)
ダニエル電池での電圧低下は簡単には起こりません。
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理論値の1.1Vは銅と亜鉛の酸化還元電位の合計です。



実際には素焼き板をイオンが抜けるロスまたは塩橋でのイオン反応のロス、
極板の汚れや金属中の不純物、溶液の濃度差によっても電圧は変わります。

ためしに、食塩水に素焼き板を入れて1.5Vの乾電池をつないで、
電流を測定してみてください。かなりのロスがあることがわかります。
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ダニエル電池では0.7Vに電圧が落ちるということは起こらないはずです。


ボルタ電池と混同しているのではありませんか。
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Qダニエル電池について教えてください。

ダニエル電池について教えてください。

先生が
溶液の濃度をわずかに変えるだけで、ダニエル電池を少しだけ長持ちさせ、起電力を少しだけ上げることが出来ます。
負極では、亜鉛の単体がイオン化する反応が起きているので、負極の電解液の濃度は薄いほうがイオン化しやすいです。
反対に正極では、電解液のCu2+イオンが単体になって析出していく反応が起きているので、もし電解液の中からCu2+イオンがなくなれば反応は終わりです。なので、正極の電解液の濃度は濃いほうが長持ちで反応が進みやすいです。

と授業で言っていたのですがこの意味がいまいちよくわかりません。
もう少し簡単に教えていただけないでしょうか?

自分的にはダニエル電池の構造は一応理解しているつもりです。
どなたか教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

以前の教科書(30年程前)には「硫酸亜鉛は薄い方がいい、硫酸銅は濃い方がいい」と書いてあるものがありました。多分、現行の教科書には書かれていないと思います(確かめていません)。

確かに電池の起電力は濃度に関係します。
でもモーターが回らなくなるというような大きな電圧の低下が起こるような場面以外ではほとんど問題にする必要はありません。ボルタ電池では数分でモーターが回らなくなってしまいます。ダニエル電池ではほとんど電圧の定価は問題になりません。普通に使う濃度で適当にやれば十分に流れます。ソーラーモーターを使っていましたが数時間は十分に流れます。夕方セットしたまま帰ったこともありました。次の日の朝見るとまだ回っていました。
むしろ隔壁の性能の方が持続時間には大きく効いてきます。教室で見せる時には封筒を使っていました。あまり長くは持ちません。ホームセンターで買ってきた小さな素焼きの植木鉢を使ってやると十分に長く使うことができます(穴はゴム栓でふさいでやります)。

イオンの動きについての誤解が生じる場合もあります。
「負極の硫酸亜鉛の濃度は薄い方がいい」という文章を読むと「亜鉛は溶けて行くだけだからイオンがどんどん作られていく、別に水溶液中に溶けているイオンが反応に関係してくるわけではないのだから薄い方が邪魔にならなくていいのではないか」と納得してしまうのです。そうであれば「薄い極限で考えれば、ただの水でもいいのではないか」と考えてしまいますね。私もそう考えて水でやって見たことがあります。全くモーターは回りません。
亜鉛がどんどん溶けて行くためには水溶液の中にイオンが存在していることが必要なのです。
イオンの拡散速度というのそんなに速いものではありません。いくら広い空間があっても関係がありません。ごく近くの空間にどれだけのイオンがあるかが続いて反応が起こることができるかどうかを決めています。ただの水であれば電極の近くには亜鉛のイオンしか存在しないことになります。正電荷をもったイオンが電極の表面近くに溜まるのですからイオンが溶けだしていくのを妨げます。これを防ぐのが電解質の役割です。硫酸亜鉛水溶液でなくて食塩水でもいいです。正負のイオンが電極の直ぐ近くにたくさんあれば正イオンが少し溶けだして増えても動き回っているイオンの働きで直ぐに打ち消されてしまいます。電荷の分布のアンバランスは生じにくくなるのです。こういうことが問題になるのは電極表面の近くだけの話です。数μmぐらいの範囲だそうです。

念のために銅の方も考えてみます。
0.1Aで1時間モーターを回したとします。
移動した電気量は360Cです。これは0.0037Fです。
銅の析出量は0.1gだという計算になります。
硫酸銅の結晶に換算すると0.4gですからわずかな量です。1円硬貨の目方の半分弱です。学校で普通に使っている硫酸銅の水溶液の濃度であればこれくらいの消費があっても色が薄くなったということはわからないでしょう。

電気化学の専門家が起電力の測定をやる時は電流が出来るだけ流れないようにして行います。
条件の違いによって起電力がどのように変動するかも調べているでしょう。いろんな効果が合わさってくるでしょう。学校でモーターを回したり、豆球を付けたりする時と前提が全く異なります。電流が流れなければモーターは回りません。豆球も付きません。電池を使う立場の人からすればどれだけまとまった電流が取り出せるか、どれだけの時間電池の機能が持続するかが関心事だということです。ある程度まとまった電流が流れる時はわずかに存在する物質による微妙な影響は問題にする必要がなくなります。(「希硫酸や果汁の中にもわずかに亜鉛イオンが含まれている」というようなことを書いている専門家がいますが「????・・・」です。それが問題になるとしているのは電流が流れないという場面で起電力だけを考えているからです。)
電池についての説明もそういう立場(ある程度まとまった電流が取り出せるという面から電池を考えるという立場)でのものが欲しいと感じているのです。ダニエル電池は反応の仕組みが簡単で、安定した電流が長時間流れます。酸化・還元の単元の中で電池を考えるのに適したものだとしていいでしょう。

ボルタ電池でも同じような事情が考えられます。
専門家の説明はモーターの回らない電池についてです。起電力だけを考えているからです。
Cu,Zn,H2SO4で構成される電池だということであれば銅板はCuのことだということになります。しかし、ていねいに磨いた銅板を使ってやってもモーターはほとんど回りません。戸棚の中にしまってあった古い銅板を取り出してそのままボルタ電池を作ればモーターは回ります。学校でボルタ電池を教えるとしたらこのよく回る方の電池だということです。仕組みについての説明はこのよく回る方についてのものが欲しいのです。
反応の仕組みを CuとZn、H2SO4 で説明するのはおかしいのです。モーターの回らない電池の説明をいくらしてもらっても仕方がありません。日本中、いたるところでボルタ電池は使われているでしょう。電池を使う際に銅板を磨いているところなどないはずです。試しに磨いてやって見たというところもあるでしょうがうまくモーターが回らないということが分かれば次からはわざわざ磨くなんてことはしなくなるでしょう。手間をかけて性能がよくなるのであれば磨くでしょうが、性能が悪くなるのですから誰も磨いたりしないというのは当然なのです。電池として働く仕組みという面では「銅板=Cu」ではありません。

ボルタはボルタの電堆(Voltaic pile)というのを1800年に発表しています(発表は1800年ですが発明は1799年のようです)。これは積層電池です。単層の電池を発表したのはもっと早いです。英語版のwikiに1791年だと書かれています。
http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_battery
水の電気分解はこの積層電池を使って行なわれています。電堆の発表と同じ年に発表されています。電気スパークを飛ばすというのであれば持続時間はあまり問題にはならないでしょうが電気分解をやるとなるとある程度の持続時間が必要です。この電池の構造から考えても、持続時間のことから考えても磨いた銅板であるとは考えられません。なぜボルタ電池の基本構成がCu,Zn,H2SO4 であるとされているのでしょうか。ふしぎです。ボルタの使ったのではない構造の電池を「ボルタ電池」だとしているところがおかしいのです。

高校の教科書でボルタ電池を扱わなくなっている理由の一つはこの理論と実際の食い違いにあります。これは専門家の責任です。食い違うので扱わないようにしようという指導です。専門家によるきちんとした説明がないので「減極剤」の出て来るような古い説明がそのまま生き残ってしまっています。現場は困っています。
(磨いた銅板を使ったボルタ電池ではモーターがうまく回らないということを知らないという専門家もいるようです。私の出席した高校教師向けの研修会で電池の話をした大学教授は知りませんでした。0.76Vになるはずなのに約1Vの起電圧が観察される理由は過電圧だと言うのですから驚きました。「過電圧」だから起電力の大きくなる説明に使うことができると考えたようです。電池と電気分解がごっちゃになってしまっているということもあるようです。)

以前の教科書(30年程前)には「硫酸亜鉛は薄い方がいい、硫酸銅は濃い方がいい」と書いてあるものがありました。多分、現行の教科書には書かれていないと思います(確かめていません)。

確かに電池の起電力は濃度に関係します。
でもモーターが回らなくなるというような大きな電圧の低下が起こるような場面以外ではほとんど問題にする必要はありません。ボルタ電池では数分でモーターが回らなくなってしまいます。ダニエル電池ではほとんど電圧の定価は問題になりません。普通に使う濃度で適当にやれば十分に...続きを読む

Qなぜ酢酸ナトリウム?

この前化学の実験で、アニリン塩酸塩と無水酢酸との反応によりアセトアニリドの合成実験を行ったのですが、そのときに酢酸ナトリウムも加えることになっていました。なぜ酢酸ナトリウムも加える必要があるのでしょうか。入れても意味がないようにしか僕には思えません。どうか回答お願いします。

Aベストアンサー

なぜといわれるとかなり難しい話になります。
大学で習うのですがこの反応は求核置換反応でアニリンNHのNにある非共有電子対が無水酢酸のカルボニル基のCを攻撃し、電子移動で無水酢酸の一部分が酢酸イオンとして脱落する事で進行します。ただし、反応開始時にアニリンが塩酸塩になっています。このままでは反応しませんので塩酸塩をとってアニリンに戻さないといけません。そのアニリンに戻すために酢酸ナトリウムが加えられているのです。酢酸ナトリウムであるのは酢酸ナトリウムから生じる酢酸イオンが無水酢酸側を攻撃しても影響がないからです。塩化ナトリウムや硝酸ナトリウムなどなら発生する塩化物イオンや硝酸イオンが無水酢酸を攻撃した時、無水酢酸の構造が変わってしまって反応が正常に進行しなくなる恐れがあります。
反応開始にアニリン塩酸塩ではなくアニリンを使用した場合は酢酸ナトリウムは不要です。

Qイオン化傾向の誤差

こんにちは。高校3年生のものですが、金属のイオン化傾向の実験をしました。しかしその時間ちょっと色々あってあまり実験に参加できませんでした。なのでレポート提出のとき、電位差を標準電極電位から計算して提出した結果、「何をしてたんだ!」と先生に言われ、悪い評価をもらいました。
理由は実験値と計算値の誤差のせいだそうですが、なぜ誤差が起きるのですか?
回答お願いします

Aベストアンサー

「イオン化傾向の実験」というものがどのような実験かよくわからないのですが?

もし、よくありがちなボルタ電池のような実験(2種類の金属を同じ電解質溶液に入れて電位差を測る)だとしたら、「誤差」というよりも、実験自体があまり良くありません。
標準電極電位は、金属と溶液が平衡状態にあるときに、電流0の状態で予想される電位です。
したがって、ボルタ型の実験で標準電極電位から予想される「イオン化傾向」が正確に現れるとは限らず、標準電極電位を用いるのはほとんど無意味です。
金属表面の状態によっても電位差が変化します。

ダニエル電池型の実験(2種類の金属を対応する2種類の電解質溶液に入れ、塩橋でつないで電位差を測る)なら意味はありますが、この場合も溶液の濃度、温度などによって電位差は変化します。

Q塩橋について

酸化還元反応の電子の移動の確認やダニエル電池等に使われる「塩橋」とはどのような役割をするものなのでしょうか??

Aベストアンサー

http://syllabus-pub.yz.yamagata-u.ac.jp/amenity/Knowledge.asp?DSN=ElectroChem&nKnowledgeID=3812

これが回答になっていませんか?

Q電位差滴定における理論値と実測値の誤差

電位差滴定において測定した実測値とネルンストの式により計算した理論地の値がかなりずれてしまいました。実測値550mV、理論値1350mVです。電極には飽和カロメル標準電極と白金指示電極を、標準溶液には過マンガン酸カリウム溶液、試料溶液には硫酸鉄(II)アンモニウム溶液を使用しました。原因として考えられるのはどのようなことなのでしょうか?このような実験にはある決まった原因があると教授から言われました。どうかよろしくお願いします。

Aベストアンサー

誤差って勘違いしてますね

そもそも正しい値を計れる測定器はこの世に存在しません
測定器には正しい値(真値)を含んだある範囲しか測定できません

仮に1%誤差がある機械で1000mVの値がでると
真値は990mV~1010mvのどこかにあるんですね

誤差とは真値を含み範囲がどこ位かを表す物です

さて
ご質問の理論値と実測値の差が余りに大きい原因は
一杯あります

・理論値の計算間違い
・理論計算に入れないといけな物を言えれてない 
 
・人為的ミス
  濃度など希釈のミス
  測定器の取り扱いミス
  測定条件になってないミス
  材料の取り違い

・測定類の取り扱いミス
  校正のミス
  補正のミス

・事前に真水で綺麗に洗浄しないといけないのに
 なにか残っている

 などなど沢山ありますけどね 

Q電極電位の実験について

何度か実験をして見ましたが、その時生じる電極電位?の値がSHEの基準の理論値と差があり、うまくグラフが書けないです。本来なら理論値と重なるもしくは平衡を保つはずなのですが、濃度の薄いほうは理論値と重なることまではなりませんでしたが平衡になっており良いのですが、濃度が濃くなっていくと差が大きくなってしまいます。せめて平衡状態にもっていきたいのですが、どんな原因があるのでしょうか?よく言われる洗浄面においては大丈夫だと思います。こんな質問で申し訳ありませんが、こうだからじゃない?と分る方がおられましたらよろしくお願いします。

・使用した電極は塩/塩化銀電極です。
・使用した溶液は硫酸銅です。溶液は各
 0.8,0.5,0.2,0.08,0.05モルです。
・使用した金属は銅版です。
・最後は理論値の単位に換算するために、約0.2をプラスしました。

Aベストアンサー

#3 です.
>もしその情報の出展をご存知でしたら、

出典というわけではないですが,1980 年出版の Bard, Faulkner の Electrochemical Methods でさえ,standard hydrogen electrode (SHE) or normal hydrogen electrode (NHE) という書き方で,SHE の方が優先になってます.SHE という略し方自体は相当昔からポピュラーだったと言えるでしょう.先日出た化学会編の第2版 標準化学用語辞典でも SHE が優先.
最近の教科書系だと,手元にある基礎化学コース 電気化学 (渡辺正他編著,2001年) では normal の方は記述すらありません.
まあ,normal という単語が問題なんでしょう.規定度も使わないわけだし,熱力では「標準」は standard なわけだし.そう考えれば,SHE の方が筋は通ってるということで.

Q原核生物

青カビ、ゾウリムシ、大腸菌、酵母菌、ネンジュモ、アオコ、シイタケ

この中から原核生物を3つ選べという問題なのですが

教科書には具体的な生物の例がなく困っています。

予想では大腸菌、酵母菌となにかだと思うのですが...

この中のどれが原核生物だと思いますか?

回答お願いします。

Aベストアンサー

思うとか、思わないとか....クイズじゃないなぁ。
確(しっか)り覚えちゃいましょう、
説明
■原核細胞:細胞膜以外の二重構造を持たない細胞のことで、核、葉緑体、ミトコンドリア等の細胞内小器官が存在しない。尚、核の代わりに核様体、葉緑体ではなくチラコイドのみの器官を持っています。
■真核細胞:核、葉緑体、ミトコンドリア等の細胞膜以外の二重構造を持つ細胞のこと。

で、生物の例ですが.....
■原核生物:原核細胞のみから出来ている生物で、細菌類とラン藻類の2種類のみ。
 細菌類~大腸菌、肺炎双球菌、乳酸菌、根粒菌、亜硝酸菌、硝酸菌等
 ラン藻類~ユレモ、ネンジュモ、アナベナ、アオコ、スイゼンジノリ、アイミドリ、クロオコックス等
■真核生物:真核細胞を持つ生物のことで、菌類、細菌類以外の全ての生物ですが、真核生物の体内に原核細胞を持つ場合が在ります、例えば赤血球等です。

※気を付けなければいけないモノに、"酵母菌"が在ります。酵母は(細胞)核を持ち, 大きな分類では菌界 (キノコやカビの仲間) で、真核生物です。嘗(かつ)ては細菌の仲間と思われていたので酵母菌と呼ぶことが偶(たま)に在ります。

さぁ、以上から3っつ選べますね........、大腸菌、ネンジュモ、アオコ。

思うとか、思わないとか....クイズじゃないなぁ。
確(しっか)り覚えちゃいましょう、
説明
■原核細胞:細胞膜以外の二重構造を持たない細胞のことで、核、葉緑体、ミトコンドリア等の細胞内小器官が存在しない。尚、核の代わりに核様体、葉緑体ではなくチラコイドのみの器官を持っています。
■真核細胞:核、葉緑体、ミトコンドリア等の細胞膜以外の二重構造を持つ細胞のこと。

で、生物の例ですが.....
■原核生物:原核細胞のみから出来ている生物で、細菌類とラン藻類の2種類のみ。
 細菌類~大腸菌、肺炎双球...続きを読む

Qネルンストの式からの濃度測定について

通常は標準電極と滴定溶液の電位差を測定することで、酸化還元種を定量することができますが、以下の電池を使用することにより、ネルンストの式を用いて直接イオン濃度が測定できると教わりました。

Hg | Hg2Cl2 | KCl || KNO3 || Ag+ | Ag

例えば、Ag+が1.00Mのときの起電力が5.00Vだと分かれば、起電力が2.00VのときのAg+の濃度がネルンストの式から求められるというのです。

自分でも色々と考えてみたのですが、ネルンストの式をどのように用いれば、起電力が2.00VのときのAg+の濃度が出せるのか分かりませんでした。

もし、お分かりの方がいらっしゃいましたら、教えて頂きたいと思います。

以上、よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

はい,式変形は十分でしょう.

[Cl-] は,Ag+ と共存していません.
Hg/Hg2Cl2 側にだけ存在しています.
なので,こちら側は [Cl-] をいくつかはともかくとして定数にすることが可能です.
結局,Hg/Hg2Cl2 側を基準と見なせば (一定のものを使うということに相当) ([Ag+] の異なる試料を持ってきても,それによってはこちら側は影響を受けないから),この電池の起電力は
E = E' + 0.059 log[Ag+] (25℃では) という形で表すことができるということが結論です.
したがって,Ag+ の濃度を電位測定によって求めることができます.
これは,たとえば Ag+ を用いた滴定における終点検出とかに利用できますし,あるいは難溶性銀塩の溶解度積の測定とかにも使えます.

Q部分モル体積とは?

初めまして、bababanbanと申します。
物理化学を勉強していると、部分モル量や部分モル体積といった言葉をよく目にします。

部分モル体積とは何なのでしょう?
どういうものなのかいまいちイメージができないため、質問させていただきました。

宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

2成分A,Bからなる溶液を考えます。この溶液に成分Aを1モル加えたときの溶液の体積変化をAの部分モル体積といいます。ただし溶液はAを1モル加えても濃度の変化がないくらい多量にあるとします。これを用いると溶液にAをdnAモル、BをdnBモル加えた際の体積変化は以下のようになります。VAはAの部分モル体積です。
dV=VAdnA+VBdnB

Q電池の起電力と温度は比例関係ですか?

ダニエルでも鉛蓄でもマンガンでもなんでもいいですが、
電池の起電力を、室温0℃、10℃、20℃、30℃の4つの場合に分けて測定したら、
温度と起電力の関係は比例関係になりますか?

Aベストアンサー

起電力 E とギブスエネルギー変化 ΔG の関係式
 E=-ΔG/νF

 ΔG=ΔH-TΔS
を代入すると
 E=-ΔH/νF+TΔS/νF
となるから、エンタルピー変化 ΔH とエントロピー変化 ΔS の温度依存性が無視できるような比較的狭い温度範囲では、起電力は絶対温度の一次関数になる。

よって起電力は摂氏温度の一次関数にはなるが、温度に依存しない項があるので、化学電池の起電力と温度は比例関係にはならない。また、温度係数 ΔS/νF はΔSの符号によって正にも負にもなるので、右肩上がりのグラフになるともいえないし、右肩下がりのグラフになるともいえない。


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