中3理科「化学電池」イオン化傾向で電池をマスター

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イオンで登場する化学電池は、定期テストや高校入試でも超頻出の単元になります。イオン化傾向を必要な分だけ覚えて、電池を完璧にマスターしましょう。

化学電池とは?

電池を使ったことは誰でもあることでしょう。この化学電池は、仕組みさえわかれば簡単に誰でも作ることができます。まずは、化学電池の仕組みを簡単に説明します。

化学電池とは、化学変化により化学エネルギー電気エネルギーに変換してとり出す装置です。乾電池や燃料電池なども同じように、化学変化により化学エネルギーを電気エネルギーとして取り出しています。

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化学電池をつくるには?

化学電池をつくるには次の2つの物質が必要です。

  • 2種類の異なる金属
  • 電解質が溶けた水溶液

まずは、2種類の異なる金属ですが、鉄と銅、亜鉛とマグネシウムなど2種類の金属であれば電池として電流をとり出すことができます。

次に、電解質が溶けた水溶液ですが、塩酸や食塩水など、水に溶かすと電流を流す物質が溶けていれば何でも構いません。電池に使用できない水溶液は、非電解質が溶けている水溶液です。非電解質には次のようなものがありました。

  • 砂糖水
  • エタノール
  • デンプンのり

参考中3理科「電解質と非電解質」電離を理解すると電気分解がわかる!

イオン化傾向

化学電池で電流をとり出す仕組みを理解するには、イオン化傾向という金属のイオンへのなりやすさ、言い換えると金属のとけやすさを理解する必要があります。以下に紹介するイオン化傾向は、高校の化学で必要ですが高校入試レベルではすべて覚える必要はありません。参考までに紹介します。

[イオン化傾向が大きい]Li,K,Ca,Na,Mg,Al,Zn,Fe,Ni,Sn,Pb,(H2),Cu,Hg,Ag,Pt,Au[イオン化傾向が小さい]

覚え方は、貸そうかな まああてにすんな ひどすぎる 借金があります。イオン化傾向が大きい金属ほどイオンになりやすく、溶けやすい金属になります。一方のイオン化傾向が小さい金属は、イオンになりにくく化学変化も起こしにくい金属です。化学変化しにくいということは酸化もしにくく、ずっと輝きを保ち続ける高価な金属でもあります。

まぐあるあえんてつどう

高校入試で必要なイオン化傾向は、この中の一部になります。次の覚え方で覚えておきましょう。

[イオン化傾向が大きい]Mg,Al,Zn,Fe,Cu[イオン化傾向が小さい]

覚え方は、まぐあるあえんてつどうです。「曲が~る会えん鉄道」のイメージで覚えましょう。会いたい人に鉄道に乗って会いに行くけど、曲がるから会えないというストーリーがあります。

イオン化傾向と電子

イオン化傾向が大きい金属はイオンになりやすい金属です。金属がイオンになるとき電子を放出して陽イオンになります言い換えると、溶ける金属はイオンを放出し、陽イオンになって水溶液中に溶けだしているのです。

亜鉛Znが塩酸に溶けるとき、次のように電子が放出されます。

  • Zn→Zn2++2e(e-は電子)

化学電池の仕組み

2種類の異なる金属を電解質が溶けた水溶液に入れると、次のような化学変化が生じます。

化学電池

  1. 銅Cuよりも亜鉛Znの方がイオン化傾向が大きいので、亜鉛Znが電子2個放出し亜鉛イオンZn2+になってうすい塩酸中に溶ける。
    Zn→Zn2++2e
  2. 電子eが導線を通って、亜鉛板から銅板に移動する。
  3. 塩酸中の水素イオンH+が銅板にやってきた電子を受けとり水素原子Hに戻る。
  4. 水素原子Hが2個結びついて水素分子H2になって銅板から水素が発生する。
    2H++2e→H2

金属板のうち、亜鉛板は水溶液に溶けるのでぼろぼろになります。一方の銅板からは水素が発生するので表面に気泡がつきます。

電子と電流

化学電池として電流をとり出しているとき、電子と電流の向きは次のようになります。

  • 電子亜鉛板から銅板
    イオン化傾向が大きい金属板からイオン化傾向が小さい金属板に電子が移動
  • 電流銅板から亜鉛板
    電流は+極から-極に向かって流れる

化学電池 練習問題

  1. 化学変化により化学エネルギーを電気エネルギーに変化する装置を何というか。
  2. 塩酸に次の組み合わせの板を入れたとき、電池として電流が流れるものをすべて選べ。
    ア 銅と銅  イ ガラスと鉄  ウ 亜鉛と銅  エ 鉄と鉄  オ 銅と鉄
  3. 次の水溶液のうち電池として電流が取り出せる水溶液をすべて選べ。
    ア 蒸留水  イ アンモニア水  ウ 食塩水  エ 砂糖水  オ エタノール
  4. 金属のイオンへのなりやすさを何というか。
  5. 次の金属の中で、イオン化傾向が一番大きい金属を選べ。
    ア 鉄  イ マグネシウム  ウ 銅  エ 亜鉛  オ アルミニウム
  6. うすい塩酸に亜鉛板と銅板を入れて電池をつくったとき、水素が発生するのはどちらの金属板か。
  7. 6のとき、電子は亜鉛板と銅板のどちらからどちらに移動しているか。
  8. 6のとき、亜鉛板と銅板のどちらが+極になっているか。
  9. 6のとき、水溶液中に増加していくイオンは何イオンか。イオン式で書け。

解答

  1. 化学電池
  2. ウ、オ
  3. イ、ウ
  4. イオン化傾向
  5. 銅板
  6. 亜鉛板から銅板
  7. 銅板
  8. Zn2+

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