電気分解
カワウソ先生陽極からは必ず塩素が出る、陰極にできる物質は水溶液の種類で変わる、とセットで覚えると整理しやすいよ。
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- 塩化銅水溶液（新しいタブで開きます）を電気分解（新しいタブで開きます）すると、陰極に銅が付着し、陽極から塩（新しいタブで開きます）素が発生する。
- 塩酸を電気分解すると、陰極から水素（新しいタブで開きます）、陽極から塩素が発生するが、塩素は水に溶けやすく見かけの量が少ない。
- 陰極では陽イオンが電子を受け取り、陽極では陰イオンが電子を失うことで、決まった物質ができる。
詳しく
塩化銅水溶液の電気分解
塩化銅水溶液に炭素電極を入れて電流を流すと、電源の－極につないだ陰極には赤色の銅が付着する。これは、水溶液（新しいタブで開きます）中の銅イオンCu²⁺が電子を2個受け取って銅原子になったためだ。
電源の＋極につないだ陽極からは、黄緑色で特有のにおいを持つ気体の塩素Cl₂が発生する。これは、塩化物イオンCl⁻が電子を1個ずつ失って塩素原子になり、2個結びついて塩素分子（新しいタブで開きます）になったためである。
塩化銅の電離（新しいタブで開きます）式はCuCl₂→Cu²⁺+2Cl⁻と書く。電気分解の全体をまとめると、CuCl₂→Cu+Cl₂という化学反応式（新しいタブで開きます）になる。電流を流す前の塩化銅水溶液の青色は銅イオンCu²⁺の色によるもので、電気分解が進むと色がうすくなっていく。
塩酸の電気分解
うすい塩酸に炭素電極を入れて電流を流すと、陰極からは水素H₂が、陽極からは塩素Cl₂が発生する。塩酸は塩化水素HClが電離した水溶液で、電離式はHCl→H⁺+Cl⁻と書く。
陰極では、水素イオンH⁺が電子を1個受け取って水素原子になり、2個結びついて水素分子になる。陽極では、塩化物イオンCl⁻が電子を1個ずつ失って塩素原子になり、2個結びついて塩素分子になる。
ところが実際に集めると、陽極側の塩素の体積は陰極側の水素よりずっと少ない。塩素は水に溶けやすい気体なので、発生した塩素の一部が水溶液に溶けてしまうためである。水素はほとんど水に溶けないので、ほぼそのまま集まる。
陰極・陽極と電子の動き
電気分解では、電源の－極につないだ電極を陰極、＋極につないだ電極を陽極という。水溶液中の陽イオンは陰極に引かれて移動し、電子を受け取って原子になる。陰イオンは陽極に引かれて移動し、電子を失って原子へもどっていく。
つまり、陰極では電子を受け取る変化が起こり、陽極では電子を失う変化が起こる。どちらの電極で何ができるかは、水溶液に含まれるイオンの種類によって決まる。
塩化銅水溶液と塩酸は、どちらも陽極から塩素が発生する点が共通している。一方、陰極にできる物質は、水溶液に含まれる陽イオンの種類（銅イオンか水素イオンか）によって、銅になるか水素になるかという違いだ。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/electrolysis-of-solutions/?from=print#quiz
塩化銅水溶液を電気分解したとき、陰極に付着するものはどれか。
- ◯ 赤色の銅
- ◯ 黒色の酸化銅
- ◯ 無色の水素
- ◯ 黄緑色の塩素
正解：赤色の銅
陰極では、水溶液（新しいタブで開きます）中の銅イオン（新しいタブで開きます）Cu²⁺が電子を2個受け取って銅原子になり、赤色の銅として付着する。塩化銅水溶液を電気分解したとき、陽極から発生する気体はどれか。
- ◯ 酸素
- ◯ 二酸化炭素
- ◯ 水素
- ◯ 塩素
正解：塩素
陽極では、塩（新しいタブで開きます）化物イオンCl⁻が電子を失って塩素原子になり、2個結びついて黄緑色で特有のにおいの塩素Cl₂になる。うすい塩酸を電気分解したとき、陰極と陽極から発生する気体の組み合わせはどれか。
- ◯ 陰極：酸素 陽極：水素
- ◯ 陰極：水素 陽極：酸素
- ◯ 陰極：水素 陽極：塩素
- ◯ 陰極：塩素 陽極：水素
正解：陰極：水素 陽極：塩素
塩酸はHCl→H⁺+Cl⁻に電離（新しいタブで開きます）している。陰極では水素イオンH⁺が電子を受け取って水素（新しいタブで開きます）に、陽極では塩化物イオンCl⁻が電子を失って塩素になる。塩酸の電気分解で、集まる塩素の見かけの体積が水素より少なくなるのはなぜか。
- ◯ 塩素は水素より軽いから
- ◯ 陽極のほうが陰極より電子を受け取りやすいから
- ◯ 塩素は水に溶けやすいから
- ◯ 塩素は空気中で燃えるから
正解：塩素は水に溶けやすいから
塩素は水に溶けやすい気体なので、発生した一部が水溶液に溶けてしまい、集めて見える体積が少なくなる。水素はほとんど水に溶けない。
単元のポイント
- 塩化銅水溶液の電気分解 陰極に赤色の銅が付着し、陽極から黄緑色で特有のにおいの塩素が発生する
- 塩酸の電気分解 陰極から水素、陽極から塩素が発生する。塩素は水に溶けやすく、見かけの量は水素より少ない
- 陰極・陽極 電源の－極につないだ電極が陰極、＋極につないだ電極が陽極
- 電極での電子の授受 陰極では陽イオンが電子を受け取り、陽極では陰イオンが電子を失う