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まず各電解槽で起きる反応が書けないと電気分解の問題は解けません。電気分解の起きる反応の法則は重要ですが、これを説明すると非常に長くなってしまうので、今回は省きます。また、一部の反応を見分けるには水溶液の液性を見分ける必要がありますが、見分け方も長くなってしまうので省略します。一応ネットの拾い物ですが、反応の判別の仕方を写真で貼っておきます。
各電解槽で起きる反応は写真の図1の通りです。
(2) 2ページ目の写真よりeではO2が、fではH2が、gではCl2が、hではH2が発生します。
(3) 電流計で測定される電流値ということは回路全体に流れる電流値のことです。電気回路の知識から、電解槽Aに流れる電流値を計算すれば電流計に流れる電流値は求まります。
問題文③と電解槽Aのbの反応式から、銀が10.8g析出したことが分かります。この銀の物質量は10.8/108=0.100[mol]です。さらにbの反応式において、反応式の係数から、電子も0.100[mol]発生したことが分かります。この電子の持つ電気量は0.100*9.65*10^4=9.65*10^3[C] (ファラデー定数は単位から分かる通り電子1molのもつ電気量が9.65*10^4Cであることを表しています。今電子の物質量は0.1倍なので0.1を掛けています)と求まります。
電流の単位であるA(アンペア)は1秒辺りに流れる電気量を表す単位なので、流れた電流は電気量を時間(秒)で割れば求まります。時間を秒にすると4825[s]なので求める電流は
(9.65*10^3)/4825=2.00[A]となります。
(4) まずは電解槽Bに流れた電流値を求める必要があります。ここで注意なのですが、先程求めた電流値2.00Aは電解槽Bでは使うことができません。電気回路において、電流は並列回路では分岐してしまうからです。なのでまた別で電流値を求める必要があります。
問題文③と電解槽Bのdの反応式から、銅が1.27g析出しているので、物質量は1.27/63.5=2.00*10^-2[mol]です。反応式の係数から電子は4.00*10^-2[mol]発生したことが分かります。この電子の持つ電気量は(4.00*10^-2)*9.65*10^4=3.96*10^3[C]となります。なので電流は
(3.96*10^3)/4825=0.800[A]となります。
今聞かれているのは1秒辺りに析出する金属原子の数なので、0.800Aを1秒流すと0.800Cの電気量が発生します。この電気量に相当する電子の物質量は0.800/(9.65*10^4)[mol]となります(電子1molで9.65*10^4Cなので0.800Cを9.65*10^4Cの束にするといくつ束ができるかと考えるとわかりやすいです)。
反応式dから、銅は電子の1/2倍析出することになり、この銅の原子の個数は
0.800/(2*9.65*10^4)*6.02*10^23≒2.50*10^18個となります。
(5) この問題は電気分解の図は一切使いません。電子1個の物質量は1/(6.02*10^23)[mol]です。この電子の持つ電気量は
1/(6.02*10^23)*9.65*10^4≒1.60*10^-19[C]となります。つまり電子1個は1.60*10^-19Cという電荷を持っていることが分かります。これは電気素量と呼ばれている値です。
(6) 電解槽B(つまり回路Ⅰ)では電流は0.800A流れていました。回路全体の電流は2.00Aなので、回路Ⅱに流れる電流は2.00-0.800=1.20[A]と求まります。この電流を4825秒流した時に発生する電気量は1.20*4825=5790≒5.79*10^3[C]と求まります。
(7) (4)にて、回路Ⅰには電子が4.00*10^-2[mol]流れていると求めました。さらに電解槽Cの電極eの反応からO2は(4.00*10^-2)/4[mol]発生します。同様に電極fからH2が(4.00*10^-2)/2[mol]発生します。その合計は3*10^-2[mol]となります(ここだけ有効数字1桁なのに注意)。
(8) 電解槽Dの電解液はKClaqなので最初は中性です。しかし電気分解が進むと、電極hの反応から次第にOH-が増加していきます。なので答えは⑤です。
(9) 粗銅に対して電気分解を行うと、主に銅よりイオン化傾向の小さい金や銀などの不純物がイオン化せずに沈殿として生成します。これを陽極泥(ようきょくでい)と言います。
(10) 金属(非金属も可)の表面に別の金属の被膜を形成させることをめっきと言います。めっきをすることによって美しい金属光沢を持たせたり、腐食性を強化することができます。
連投すみません。図1は写真の2ページ目のことです。
こんなにも素晴らしい回答を、、
本当にありがとうございます！！
すみません、⑷の最後の計算がどうしても答えと合いません。もし良ければ途中式教えて頂けますか？
再度確認してみたところ、3.96*10^3[C]は3.86*10^3[C]の打ち間違いでした。ですがその後の計算は電卓で計算しました。ですが値は一致したので間違ってはいないと思われますが…
念のため写真の1枚目に最後の計算結果を載せておきます。
また他にももっと簡単な計算の仕方があったのでそれを紹介しておきます。
銅は4825秒かけて2.00*10^-2[mol]生成したので、1秒辺りに生成した銅の物質量は(2.00*10^-2)/4825[mol]となります。あとはこれを個数に変換すると
(2.00*10^-2)/4825*6.02*10^23≒2.50*10^18個と求まります(こっちの方が簡単でした)。最後の計算結果を2枚目に載せておきます。なのでどちらの場合も同じ結果になるので、やはり計算は合っているのではないかと思われますが…
答えの数値はいくらなのか教えてもらえないでしょうか？また解答解説などがあれば載せて欲しいです。
本当にありがとうございます。
自分のミスで銅が電子の1/2析出される事を忘れ、
0.800/9.65×10^4×1/2の1/2を忘れていました。
実はこのプリント新学期初めの授業で解説なので、解説、答えを持っていないんです、、
本当にすみません。
計算ミスでしたか。取り敢えず解決できてよかったです。
https://youtu.be/UfQvli5pWGU
この動画では実際に身近にある道具だけでめっきを行っています。興味があればどうぞ。