物理化学

ガルバニ電池と電気分解

ガルバニ電池は自発的な酸化還元反応を電気仕事に変換し、電気分解は外部電源で非自発反応を進めます。

ダニエル電池では陽極で Zn が酸化され、陰極で Cu²⁺ が還元されます。電子は外部回路を陽極から陰極へ流れ、塩橋が電荷中性を保ちます。

モデルと物理量

式は状態・実験条件・符号規約の仮定とともに読みます。代入時は単位をそろえ、結果を解釈する前に次元を確認します。

E_{cell}=E_{cathode}-E_{anode}, \qquad Q=It, \qquad n(e^-)=Q/F

定義: ファラデーの電気分解の法則

電荷 Q は Q/F mol の電子に相当します。生成物量は電荷と粒子あたりの電子移動数で決まります。

式中の量は対象の反応・系について定義します。標準状態量と実条件を区別し、一般式だけから機構を推定しないでください。

例: 解答例

Cu²⁺溶液に2.0 Aの電流を965 s流しました。Cu²⁺+2e⁻→Cu、F≈96500 C/molとして生成銅の物質量を求めなさい。

解答

Q=It=1930 C、n(e⁻)=1930/96500=0.0200 mol です。Cu 1 molに電子2 molが必要なので n(Cu)=0.0100 mol です。

起電力 Ecell は電流がほぼゼロのときの電位差です。実負荷では内部抵抗で電圧降下が生じます。電解生成物は過電圧や競合反応にも依存します。

解答例のデータから得られる結果はどれですか。

この内容に合う記述はどれですか。