中3理科電池

Question

電池でわからないことがあります。

画像で、亜鉛は溶けてイオンになっているのに銅が溶けないのはなぜですか？

htms42 · Accepted Answer

亜鉛は溶けるが銅は溶けないというのが電池でいきなり出てくるのでわからないのです。
中学校の理科が見世物的になっている弊害です。
普通に小さな銅片と亜鉛片とを試験管に入れて酸に溶けるかどうか調べるという実験が先にあるはずなのです。銅片と亜鉛片が別々のものであっても、一つにくっついたものであっても反応の仕方は同じです。亜鉛だけが反応します。真鍮という金属を知っていますか。銅と亜鉛の合金で黄色っぽい金属光沢を持っています。５円硬貨の色です。小さな真鍮片を塩酸の入った試験管に入れます。５円硬貨の色だったのがだんだんと１０円硬貨の色に変わっていきます。亜鉛だけが溶けるので銅が残るのです（凸凹だらけになりますからきれいな銅の色にはなりません）。
電池は銅片と亜鉛片を電線でつないでいますから全体で１つの金属になっています。金属の中は電子が自由に移動することができます。もともと銅にあった電子であるか、亜鉛のほうから移動してきた電子であるかの区別をすることはできません。酸に溶けるのは亜鉛だけですが電子のやり取りは金属と酸の接触部であればどこでも起こります。反応が起これば電子の数が減少しますがすぐに電子が移動してきて補充されます。泡は亜鉛板と銅板の両方で発生します。銅板上で水素の泡が出るのが続くというのは電子が亜鉛のほうから移動してくるからです。この移動に着目したのが電池です。両方で泡が出ますので効率はよくありません。（銅板だけを液から出したり、液に入れたりすると亜鉛板上での泡の出方が変わります。これで電子の移動がわかります。）

亜鉛だけが溶けるというのは調べればわかります。
でも水素の発生が銅板の上だけで起こるというイメージで書かれていると普通に試験管でやる実験とつながらなくなるので全体が「？？？？！」の海の中に沈んでしまうのです。
泡の発生はどちらでも起こるが電池の働きにつながるのは銅に移動する電子なのでその分だけ抜き出して書いたのが説明の図だという意味なのです（両方から泡が出るということを知らない中学校の先生や高校の先生もかなりいるように思います）。

ORUKA1951 · Answer

銅　希塩酸　亜鉛
という組み合わせは、以前は中学校では出てなかったような？？色々複雑な問題を含んでいる。
　それはさておき、二年あたりで金属の性質を学んだはずです。
　金属の性質に、「電子を失って陽イオンになりやすい」「酸と反応して水素を発生する」と言うのがあったはずです。
　この性質は金属によって差があります。
★皆さん見落とされていますが、この電池の最大のポイントはふたつの異なる金属が外部で接続されていること!!
　たとえ銅線でつながれていなくても、塩酸だと何もしなくても亜鉛は反応してしまいますし銅は反応しないので、電池の説明に塩酸を持ち出すと、とてもまずい!!。
　塩酸の場合は、銅は水素よりイオン化傾向が小さいために反応しないという説明ですんでしまう。

そこで、塩酸ではなく食塩水にして説明します。
銅も亜鉛も金属で、潜在的に電子を失ってイオンになろうとします。そのときに蓄えられる電子を、タンクに入った水と考えると
┌─┐　┌─┐　タンクの下に亜鉛(Zn)と言ううポンプと銅(Cu)というポンプが
│■│　│　│　ある。イオンになって溶け出そうとしている。
│■│　│　│
│■│　│　│　それぞれ、この高さまで電子を持ち上げる力がある。
│■│　│■│　その能力一杯まで蓄えてつりあっている。
└Zn┘　└Cu┘　そこで、二つをつないで電子の通り道を作る。

┌─┐■┌─┐　
│　│→│　│　
│■└─┘　│　電子は、ZnタンクからCuタンクへ流れる。
│■┌─┐■│　
│■│　│■│　当然Znポンプは荷が軽くなったので、セッセと電子を汲み上げ始める。
└Zn┘　└Cu┘　　^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^これが理由

※ 塩酸では勝手に亜鉛は溶けて水素を発生するので説明には不適切。食塩水で十分
※ 銅は実際に反応するのは、水素⇔水素イオン。
　　そらに、銅の表面が参加されていると最初にその還元反応が先に起きる。
※ 銅板の表面に水素の気泡ができてすみやかに起電力が低下する。(分極がおきる)

亜鉛-塩酸-銅の電池は、このように厳密に言うと多くの問題を抱えているので、ダニエル電池( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%80%E3%83%8B%E3%82%A8%E3%83%AB%E9%9B%BB%E6%B1%A0 )で説明するほうがよいのですが・・・。

繰り返しますが、実際にこの組み合わせでは、つながれていなくても亜鉛は溶けて銅は溶けません。つながれると、「亜鉛の表面からではなく銅の表面から水素が発生し始める」ことを理解したほうが良いです。

doc_somday · Answer

#１の回答者様が、まともなお答をしておられるので、敢えてヒドイ説明(？)をすると、
両方がイオン化(もちろん陽イオンになる)したら、電子は一体どうしたら良いか分らなくて困るだろう。
実際には銅表面で水素イオンをつかまえて水素分子になり、系から(こういう言葉を使うと偉そうに見える)逃げる。

最初に出会うのは「イオン化傾向」でしょうが、大学レベルだと「還元電位」や「フェルミレベル」になります。
なお揚げ足取りをすると、この様な性質を表わすに当たって、強い/弱い、は不適切で、大きい/小さい、または高い/低いを用います。結構メンドイ。

trajaa · Answer

金属には、溶けやすもの(イオン化傾向の強いモノ)と溶けにくいもの(イオン化傾向の弱いモノ)といった違いがある

亜鉛が溶けるのに銅が溶けないのはそう言う理由

これは授業で絶対に説明を受けているはず

もしかしてこれから説明されるのかも知れないが

中3理科 電池

亜鉛は溶けるが銅は溶けないというのが電池でいきなり出てくるのでわからないのです。

銅 希塩酸 亜鉛

#１の回答者様が、まともなお答をしておられるので、敢えてヒドイ説明(？)をすると、

金属には、溶けやすもの(イオン化傾向の強いモノ)と溶けにくいもの(イオン化傾向の弱いモノ)といった違いがある

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