27/41電池と電気分解
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高校基礎Chapter 2710

電池と電気分解

電池は「化学エネルギー→電気」、電気分解は「電気→化学変化」。方向が逆なだけ。

#電池#電気分解#ファラデー#酸化還元#ボルタ電池

つまり「電子の流れる向き」が違うだけ

電池 = 酸化還元反応で電子が流れる → 電気を取り出す

電気分解 = 外から電気を流して反応を起こす


電池の基本

反応イオン化傾向
負極(−)酸化(電子を放出)大きい金属
正極(+)還元(電子を受け取る)小さい金属

イオン化傾向大 > イオン化傾向小 → 大きい方が負極


ボルタ電池(希硫酸中のZnとCu)

負極(Zn):Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

正極(Cu):2H⁺ + 2e⁻ → H₂


ファラデーの法則(電気分解)

Q=It,n(e)=QF=It96500Q = It, \quad n(e^-) = \frac{Q}{F} = \frac{It}{96500}

問1 1.0A を965秒流したとき陰極に析出するCu(M=64)は?

n(e)=1.0×96596500=0.010moln(e^-) = \frac{1.0 \times 965}{96500} = 0.010 \, \text{mol}

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu なので n(Cu) = 0.010/2 = 0.0050 mol

m=0.0050×64=0.32gm = 0.0050 \times 64 = \boxed{0.32 \, \text{g}}


💡豆知識

スマートフォンのリチウムイオン電池は、充電・放電のたびに Li⁺ イオンが正極と負極の間を移動している。完全に充電した状態で約1500回充放電すると容量が約80%に低下するのは、繰り返しのイオン移動で電極材料が徐々に劣化するため。現代の電池技術は電気化学(電池・電気分解)の応用そのものだ。

よく間違えるところ

電池の「正極・負極」と電気分解の「陽極・陰極」を混同しやすい。電池:負極で酸化(電子を放出)・正極で還元。電気分解:陽極で酸化・陰極で還元。どちらも「酸化が起きる極(電子が出る)= 電子の流れ出る側」という共通ルールがある。

重要ポイント

まとめ

  • 負極/陽極:酸化(電子を放出)
  • 正極/陰極:還元(電子を受け取る)
  • F = 96500 C/mol(ファラデー定数)
  • Q = It、n(e⁻) = Q/96500

まとめ

  • 負極:酸化・イオン化傾向大
  • 正極:還元・イオン化傾向小
  • 電気分解:陽極=酸化、陰極=還元
  • Q = It、n(e⁻) = Q/96500

// quiz

確認問題

Q1.電池の負極(酸化が起きる極)はどれか?

Q2.ファラデーの法則で電子1molの電気量は何Cか?

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無機化学:アルカリ金属・アルカリ土類金属

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