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化学 高校生

アルミニウムの溶融塩電解で、なぜ陰極で、アルミニウムイオンが電解できるようになったのですか? また陽極での酸素イオンの電解の仕組みは何ですか?

粋なAl,O。(アルミナ)からアルミニウムの単体を得るときも電気分解を用 いる。しかし,アルミニウムはイオン化傾向が大きく, Al* を含む水溶液 ●アルミニウムの溶融塩電解 アルミニウムは,原料鉱石のボーキサィ トから得られる。ボーキサイトは,酸化アルミニウムAlLOsを主成分と」 少量の酸化鉄FE,O。などを含む鉱物である。この鉱石を精製したあと,緒 いる。しかし,アルミニウムはイオン化傾向が大きく, Al**を含む水溶流 の電気分解では,水の方が還元されやすいから水素が発生するだけで、ァ ルミニウムの単体を得ることができない。 塩を高温で加熱すると融解して液夜体とな 陽極(+) 導電棒 炭素陽極 る。氷晶石NaAIF。を約1000Cに加熱し 融解した てできた融解塩にAI,O。を溶かし,炭素を 炭素陰極 電極として電気分解すると,陰極から,融 解状態のアルミニウムの単体が得られる。 氷晶石と 酸化アル ミニウム 氷晶石は 融点を下 げる。 [陰極] A*+3e ~ →Al (27) [陽極] 20-+C→CO2+4e" (28) 融解した 陰極(-) 0°-+C →CO + 2e 29) アルミニウム ▲図13 アルミニウムの溶融塩電解 このように,融解塩を用いて電気分解する方法を溶融塩電解(融解塩電解) という。アルミニウムの溶融塩電解には,多量の電気が必要である。

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化学 高校生

銅の電解精錬で、なぜ陽極の粗銅はハロゲン化物イオンじゃないのに電解されているんですか? また溶け出した銅よりもイオン化傾向が小さいイオンはなぜ、沈殿するんですか? また純銅板を用いて銅を精錬するということは1番初めの純銅板はどうやって作ったんですか?

●銅の電解精錬 電気分解を利用して, 不純物を含んだ金属から純粋な金属を 取り出すことを電解精錬という。金属 の精錬として大規模に行われているの が、銅の電解精錬である。黄銅鉱 (主 でんかいせいれん おうどうこう 5 園成分はCUFES2)などを製錬して得ら れる銅は,金,銀,ニッケルなどの 不純物を含み,純度が約99%で粗銅 と呼ばれる。粗銅は電気分解により 99.99%以上の高純度の銅(純銅)に精 そ どう 硫酸酸性の 硫酸銅(II)水溶液 10 錬される。 銅の電解精錬では,粗銅板を陽極, 純銅板を陰極として, 硫酸酸性にした 硫酸銅(II)水溶液中に入れ,両電極間 に約0.3Vの電圧を加えて長時間電気 2 編 粗銅板 ▲図11 銅の電解精錬のようす 純銅板 15 分解を行う。 [陰極] Cu* + 2e"- → Cu (25) 陽極 陰極 [陽極] Cu-→ Cu?* + 2e (26) 陰極には,陽極から溶け出した銅 (II)イオンや,もともと硫酸銅(II)水 溶液に含まれていた銅(II)イオンが還 元されて,銅が析出する。 陽極からは,銅と,銅よりもイオン 化傾向が大きい鉄,ニッケル, 亜鉛な 20 SO- -Cu? Cu?+ Cu?+ Cu?+ → Fe?+ N?+ SO 硫酸酸性 硫酸銅(I)水溶液 陽極泥一 どが陽イオンとなって溶け出す。金や 銀などの銅よりもイオン化傾向の小さ い金属は,単体のまま陽極の下に沈殿 する。これを陽極泥という。 25 ▲図12 銅の電解精錬のしくみ陽極泥 からはAuやAgなどの貴金属が回収される。 工業的には,陰極にはステンレス板が使用 されている。 ようきょくでい このようにして,高純度の銅を得る ことができる。 30 ○ O 粗銅板

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化学 高校生

(2)で水素1mol水酸化物イオン2molが発生してなんでNAOHが0.10mol生成するのか分かりません。

問題 228 例題 72 食塩水の電気分解 標準 右図のような装置を用いて,2.0A の電流を 80分 25秒間流して飽和食塩水の電気分解を行った。ファ ラデー定数F= 9.65 × 10C/mol として,次の問い に答えよ。 (1) 陽極で発生する気体の物質量は何 mol か。 陰極付近で生成した水酸化ナトリウムの物質量 は何 mol か。 気体 隔膜 228ロ C Ma'ti Fel a た。 電 電 飽和食塩水 NC *して 使わる 22 考え方(電気分解の計算のポイント) 電気量(C] = 電流 [A] ×時間[秒]で求め た電気量(C)を,ファラデー定数を使って, 電子の物質量[mol] に変換する。 2 各電極の反応式を書き,係数比を使って 物質の変化量[mol] を求める。 (1) 流れた電気量 Qは, 陽極では,陰イオン CIが酸化される。 S 2CI- → Cl。 + 2e- 電子 2mol が反応すると, Cllmol が発 生するから, Cl。の発生量は,0.10 × (2) 陰極ではイオン化傾向の大きい Na* は 還元されず、代わりに水分子が還元される。 2H,O + 2e-→H, + 20H 電子 2mol が反応すると,H.lmolが発 生するとともに,OH72mol が生成するか ら,NaOH の生成量は 0.10mol。 解答(1) 0.050mol (2) 0.10mol 0.050(mol) 2 Q= 2.0 ×(80× 60 + 25) = 9650[C] ファラデー定数F= 9.65 × 10'℃/mol より,反応した電子の物質量は, 9650C 9.65 × 10C/mol 0.10[mol) 90 硫酸銅(II)水溶液の電気分解 陰格ではな生 い方機様 例題 73

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化学 高校生

(2)の④(正しい)の文章について教えてください。 また、(3)も教えていただきたいです。

問3 電解質水溶液にイオン化傾向の異なる2種類の金属板を浸すと、 電池ができる。 次の図はダニエル電池とよばれる電池の構造を示している。 あとの各問いに答えよ。 OT ONH 電球 m 素焼き板 This Mom 0060.0 ŽITÝ 銅 板 硫酸亜鉛水溶液 硫酸銅(ⅡI)水溶液 ダニエル電池 ONITA この電池では亜鉛板を 1.0 mol/L 硫酸亜鉛水溶液 500 mL に、銅板を 2.0 mol/L 硫酸銅 (ⅡI)水溶液500mLに浸し、両極板を導線で接続している。 (1) 負極と正極で起こる反応をe-を含む反応式で答えよ。 OSTALAGUE daghan O (2) この電池の放電時における記述として誤りを含むものを、次の①~⑤の中から1つ選 び、番号で答えよ。 番 ① 正極では、酸化反応が起こる。 (2) 負極では Zn の酸化数が2だけ大きくなる。 電流は、銅板から導線を通って亜鉛板に流れる。 000.0⑤ 0250.00 硫酸亜鉛水溶液の亜鉛イオンの濃度は大きくなるが、 硫酸銅(ⅡI)水溶液の銅(ⅡI)イオ ンの濃度は小さくなる。 (5) 亜鉛と硫酸亜鉛水溶液の代わりに、ニッケルと硫酸ニッケル (ⅡI)水溶液を用いても電 流は流れる。 1 (3) 右の図で示す実線Aは、亜鉛板の質量 30 20 変化を示している。 銅板の質量は、どのよ うに変化するか。 最も適当なものを、次の ①~⑥の中から1つ選び、 番号で答えよ。 10 0 -10 -20 -30 負極 亜鉛板 極板の質量変化 (mg) 正極 (5) A 問4 時間 〔分

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