酸化還元反応の利用
カメレオン先生電池は自然に進む酸化還元反応から電気を取り出す工夫、製錬は進みにくい還元を人の手で進める工夫だよ。
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- 酸化還元反応（新しいタブで開きます）で金属が放す電子を導線に流せば、電流として取り出せる。これが電池のしくみである。
- ダニエル電池（新しいタブで開きます）は、イオン（新しいタブで開きます）化傾向の異なる2種類の金属とそれぞれの金属イオンの水溶液（新しいタブで開きます）を組み合わせた電池（新しいタブで開きます）である。
- 鉱石に含まれる金属の酸化物（新しいタブで開きます）を還元（新しいタブで開きます）して金属を取り出す操作を製錬という。
詳しく
ダニエル電池のしくみ
ダニエル電池は、亜鉛板を浸した硫酸亜鉛水溶液と、銅板を浸した硫酸銅(Ⅱ)水溶液を、イオンが少しずつ通れるセロハンや素焼き板で仕切った電池である。亜鉛は銅よりイオン化傾向が大きいので、亜鉛板の表面で亜鉛が電子を放して亜鉛イオンになる酸化が起こる。
放された電子は導線を通って銅板へ流れ、銅板の表面では水溶液中の銅イオンが電子を受け取って銅になる還元が起こる。電子が流れ出す亜鉛板を負極、電子が流れ込む銅板を正極とよぶ。
電子が導線を流れる向きと電流の向きは逆なので、電流は正極（銅板）から負極（亜鉛板）へ流れる。この電子の流れを外部の回路につなげば、豆電球を光らせるなどの仕事（新しいタブで開きます）をさせられる。
例：鉄の製錬と金属の反応性
鉄や銅などの金属は、自然界では多くが酸化物などの化合物（新しいタブで開きます）として鉱石の中に存在する。鉱石から金属の単体を取り出すには酸化物を還元する操作が必要で、これを製錬という。
鉄の製錬では、溶鉱炉に鉄鉱石（主成分は酸化鉄(Ⅲ)Fe₂O₃）とコークス（炭素）を入れて熱風を送る。コークスが燃えてできる一酸化炭素COがおもな還元剤（新しいタブで開きます）として働き、酸化鉄が還元されて鉄になり、一酸化炭素自身は酸化されて二酸化炭素（新しいタブで開きます）になる。
製錬に必要な還元のしやすさは、金属のイオン化傾向（新しいタブで開きます）次第だ。イオン化傾向が大きい金属ほど酸化物が安定で還元しにくい。アルミニウムは炭素では還元できないため、大量の電気エネルギーを使う電気分解（新しいタブで開きます）で取り出す。
なぜ電池も製錬も酸化還元反応なのか
電池は、自然に進む酸化還元反応から電子の流れを取り出す工夫である。ダニエル電池では、亜鉛が銅よりイオン化傾向が大きいために自然に電子を放し、その電子を導線に通すことで電流として利用する仕組みだ。
製錬は反対に、自然には進みにくい還元反応を人の手で進める工夫である。酸化物のままでは金属を取り出せないので、一酸化炭素などの還元剤や電気エネルギーを使って酸化物を還元する。
どちらも、金属のイオン化傾向という同じものさしで説明がつく。イオン化傾向の差を電流として取り出すのが電池、イオン化傾向の大きさを乗り越えて還元するのが製錬で、酸化還元反応の2つの使い方といえる。
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/redox-applications-batteries-and-smelting/?from=print#quiz
ダニエル電池で、亜鉛板（負極）で起こる変化はどれか。
- ◯ 亜鉛が電子を放して亜鉛イオンになる
- ◯ 銅イオンが電子を受け取って銅になる
- ◯ セロハンが溶けて電流が流れる
- ◯ 水が電気分解されて水素が発生する
正解：亜鉛が電子を放して亜鉛イオンになる
負極の亜鉛板（新しいタブで開きます）では、亜鉛が電子を放して亜鉛イオン（新しいタブで開きます）になる酸化が起こる。ダニエル電池で、電子が流れ出す電極を何というか。
- ◯ 正極
- ◯ 絶縁体
- ◯ 半導体
- ◯ 負極
正解：負極
電子が流れ出す亜鉛板の電極を負極という。鉄の製錬で、酸化鉄を還元する役割をもつものは何か。
- ◯ 水
- ◯ セロハン
- ◯ コークスから生じる一酸化炭素
- ◯ 空気中の酸素
正解：コークスから生じる一酸化炭素
コークスから生じる一酸化炭素が還元剤（新しいタブで開きます）として働き、酸化鉄を還元（新しいタブで開きます）して鉄にする。イオン化傾向が大きい金属ほど、製錬にはどのような傾向があるか。
- ◯ イオン化傾向とは関係がない
- ◯ 酸化物が安定で還元しにくい
- ◯ 酸化物が不安定ですぐに還元される
- ◯ 酸化物をつくらないので製錬が不要になる
正解：酸化物が安定で還元しにくい
イオン化傾向が大きい金属ほど酸化物（新しいタブで開きます）が安定で、還元して取り出すのが難しい。
単元のポイント
- ダニエル電池（新しいタブで開きます） 亜鉛板と硫酸亜鉛水溶液、銅板と硫酸銅(Ⅱ)水溶液をセロハンなどで仕切った電池。亜鉛が負極、銅が正極になる
- 負極 電池の中で酸化が起こり、電子が流れ出す電極
- 正極 電池の中で還元が起こり、電子が流れ込む電極
- 製錬 鉱石に含まれる金属の酸化物を還元し、金属の単体を取り出す操作