２００４年７月１日（木）　04ko2-14　�T実験１９　電気分解の量的関係

銅を電極として，硫酸銅（II）水溶液を電気分解すると，どのような変化がありましたか。 ＣｕＳＯ４→Ｃｕ２＋＋ＳＯ４２− 陰極：Ｃｕ２＋＋２ｅ−→Ｃｕ 陽極：Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ− 　陰極の銅の質量が増し，陽極の銅の質量が減少しましたね。では，このとき，陰極の質量の増加分と，陽極の質量の減少分との間には，どのような関係があるのでしょうか。また，回路を流れる電流の強さや通電時間と，質量の変化との間にはどのような関係があるのでしょうか。さっそく，実験で確かめてみましょう。

実験１９　電気分解の量的関係 １．２枚の銅板の質量を測定する。 ２．ビーカーに約１００ｍｌ の０．５ｍｏｌ/ｌ の硫酸銅（ＩＩ）水溶液を入れ，下図のような装置を組む。このとき，硫酸銅（ＩＩ）水溶液に浸かっている銅板の面積を一定にしておく。 ３．電流の強さを１．０Ａにして，５分間電流を通す。 ４．電極にした銅板を取り出し，ビーカーに入れた水につけて水洗いした後，ろ紙で挟んで水分をとる。 ５．各銅板の質量を測定する。 ［結果の整理］ 開始時の電流値　　　　　　　Ａ 終了時の電流値　　　　　　　Ａ 通電時間　　　　　　　　　　　秒 銅板の質量 陽極 陰極 開始時 　　　　　ｇ 　　　　ｇ 終了時 　　　　　ｇ 　　　　ｇ 増減 　　　　　ｇ 　　　　ｇ

実験結果を確認しましょう。 　陽極は０．１０ｇ程度質量が減少しました。それに対して陰極は０．１０ｇ程度質量が増加しました。したがって，陽極の質量減少分と陰極の質量増加分が一致します。 　通電時間は５分ですから３００秒ですね。電流は１．０Ａを保っていたはずです。したがって，電気量は電流〔Ａ〕と時間〔秒〕の積ですから，１．０×３００＝３００〔Ｃ〕いうことになります。すなわち，３００Ｃの電気量で，銅の増減が０．１０ｇという結果です。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　では，０．１０ｇの銅は何ｍｏｌでしょうか。銅のモル質量は６３．５５ｇ/ｍｏｌだから，０．１０/６３．５５≒０．００１５７〔ｍｏｌ〕です。銅（ＩＩ）イオンは，２価の陽イオンですから，銅（ＩＩ）イオン１個が銅原子になるには２個の電子が必要ですね。したがって，この電気分解では０．００３１５ｍｏｌの電子が関与したことになります。電子０．００３１５ｍｏｌが回路に流れたときの電気量が３００Ｃというわけです。したがって，電子１ｍｏｌが流れたときの電気量は，３００/０．００３１５≒９５０００〔Ｃ〕という結果です。教科書には，電子１ｍｏｌの電気量は９．６５×１０４Ｃ/molと記載されています。 　それでは，考察です。

１　電極の変化は　陽極；Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ−　 　　　　　　　　　　　　陰極；Ｃｕ２＋＋２ｅ−→Ｃｕ ２　電気分解で流れた電気量は　１．０×３００＝３００〔Ｃ〕 ３　電子１molの移動に要する電気量〔C〕は　３００×３１．７８/０．１０＝９５０００〔Ｃ〕 　この実験では，質量の増減が２桁である。したがって，実験結果から得られた電子１molの移動に要する電気量〔C〕は２桁になる。途中の計算では，１桁多くとって，有効数字３桁で処理をする。できるだけ１つの式にまとめ，割り算を最後に行うと，このような処理は不要になる。 　また，理論値と実験値の違いは，反応中の電流値の変動（意外とこれが大きい），銅板に析出した銅がはがれ落ちることなどが考えられる。

この実験結果を逆算すると，電子１molの移動に要する電気量〔C〕が理論値の９６５００Cになるためには，３００×３１．７７５/ｘ＝９６５００，ｘ＝０．０９８７…となり，１０ｍｇの感量の天秤では０．１０ｇとなります。仮に，０．０１ｇ異なると，電子１molの移動に要する電気量は，３００×３１．７８/０．０９＝１０００００〔C〕，または，３００×３１．７８/０．１１＝８７０００〔C〕になります。たった０．０１ｇでも，電気量は大きく異なりますね。 　今日の実験のポイントは，次の通りです。 １．銅電極を用いて，硫酸銅（II)水溶液を電気分解すると，陽極の銅の質量が減少し，陰極の銅の質量が増加します。 ２．陽極で減少した質量と，陰極で増加した銅の質量は等しいですね。 ３．電気分解で流れた電気量〔Ｃ〕は，電流〔Ａ〕と時間〔秒〕の積で求めることができます。 ４．電子１molの移動に要する電気量は９．６５×１０４〔C/mol〕で，そのとき銅の増減は０．５０mol（３２ｇ）です。