第2章 電池と電気分解
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RAKU
2025年10月23日
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金属のイオン化傾向
大 Li K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb (H₂) Cu Hg Ag Pt Au 小
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電池
酸化化学反応によって、化学エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す装置
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負極
酸化反応が起こり、導線に向かって電子が流れ出る電極
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正極
導線から電子が流れ込み還元反応が起こる電極
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活物質
電池の正極や負極で電子のやりとりをする物質
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起電力
正極と負極の間に生じる電圧
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ボルタ電池
（－）Zn｜H₂SO₄ ap｜Cu（＋） 負極：Zn→Zn²⁺＋2e⁻ 正極：2H⁺＋2e⁻→H₂
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ダニエル電池
（ー）Zn｜ZnSO₄ ap｜CuSO₄ ap｜Cu（＋） 負極：Zn→Zn²⁺＋2e⁻ 正極：Cu²⁺＋2e⁻→Cu
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マンガン乾電池
（ー）Zn｜ZnCl₂ NH₄Cl｜MnO₂（＋） 懐中電灯、リモコン
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アルカリマンガン乾電池
（ー）Zn｜KOH｜MnO₂（＋） 懐中電灯、リモコン
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リチウム電池
（ー）Li｜Li塩｜MnO₂（＋） 火災報知器
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銀電池（酸化銀電池）
（ー）Zn｜KOH｜Ag₂O（＋） 時計
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空気電池（空気亜鉛電池）
（ー）Zn｜KOH｜O₂（＋） 補聴器
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鉛蓄電池
（ー）Pb｜H₂SO₄｜PbO₂（＋）負極：Pb＋SO₄²⁻→PbSO₄＋2e⁻ 正極：PbO₂＋4H⁺＋SO₄²⁻＋2e⁻→PbSO₄＋2H₂O 自動車
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ニッケルーカドミウム蓄電池
（ー）Cd｜KOH｜NiO(OH)（＋） 電動工具
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ニッケルー水素電池
（ー）MH｜KOH｜NiO(OH)（＋） デジタルカメラ
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リチウムイオン電池
（－）C₆LiⓍ｜Li塩 有機溶媒｜Li(1-x)CoO₂（＋） モバイル機器、電気自動車
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燃料電池（リン酸形）
（ー）H₂｜H₃PO₄｜O₂（＋）負極：H₂→2H⁺＋2e⁻ 正極：O₂＋4H⁺＋4e⁻→2H₂O 家庭の電源、自動車
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電気分解
電解質の水溶液に電極を浸し、直流の電源を流すと、電極表面で酸化還元反応が起こる。 陽極：正極に繋いだ電極、酸化 陰極：負極に繋いだ電極、還元
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陰極×イオン化傾向が小さい金属の陽イオン
金属が析出 Ag⁺＋e⁻→Ag
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陰極×H⁺（酸の水溶液）
H₂が発生 2H⁺＋2e⁻→H₂
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陰極×イオン化傾向が大きい金属の陽イオン
H₂が発生 2H₂O＋2e⁻→H₂＋OH⁻
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陽極×CまたはPt以外を電極に用いた場合
電極が溶解 Cu→Cu²⁺＋2e⁻
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陽極×Cl⁻、I⁻などのハロゲン化物イオン
ハロゲンが発生 2Cl⁻→Cl₂＋2e⁻
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陽極×OH⁻(塩基の水溶液）
O₂が発生 4OH⁻→2H₂O＋O₂＋4e⁻
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陽極×SO₄²⁻、NO₃⁻などの多原子イオン
O₂が発生 2H₂O→O₂＋4H⁺＋4e⁻
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ファラデーの法則
電気分解において、電極で変化する物質の物質量は、流れた電気量に比例する
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電気分解で流れた電子の物質量 [mol]
電流i [A]×時間t[s]/9.65×10⁴C/mol
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水酸化ナトリウムの製造
イオン交換膜法（陽イオン交換膜（陽イオンだけを通す）） 陰極：2H₂O＋2e⁻→H₂＋2OH⁻ 陽極：2Cl⁻→Cl₂+2e⁻ 全体：2H₂O＋2NaCl→H₂＋Cl₂＋2NaOH
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銅の精錬
黄銅鉱（主成分CuFeS₂）に石灰石やけい砂SiO₂を混ぜて加熱→得た硫化銅(I)Cu₂Sを空気中で強熱→粗銅を電解精錬をして純銅を取り出す。不純物は陽極泥として沈む。
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アルミニウムの精錬
ボーキサイト（主成分Al₂O₃・nH₂Ｏ）を精錬→得たアルミナを氷晶石Na₃AlF₆を約1000℃に加熱して融解したものに溶かす→炭素電極を用いて電気分解（溶融塩電解）して取り出す。
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