【中学理科】塩酸の電気分解 陽極と陰極から発生する気体は?

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今日は塩酸の電気分解について学習します。塩化銅水溶液の電気分解と同じくらい出題される電気分解になります。
参考中3理科「塩化銅水溶液の電気分解」イオンの動きから発生する物質まで!

塩化水素の電離

塩酸は、気体塩化水素を水に溶かしてできる水溶液です。したがって、塩酸は気体の塩化水素と水の混合物になります。
参考混合物と化合物と単体の分類問題!高校受験理科の重要問題

まずは、塩化水素が水に溶け、電離するようすを確認しましょう。

塩化水素の電離

塩化水素の化学式はHClです。塩化水素が水に溶けると、水素原子H電子を1つ失い陽イオンである水素イオンH⁺に、塩素原子Cl電子を1つ受けとり陰イオン塩化物イオンCl⁻になります。このとき生じる水素イオンH⁺と塩化物イオンCl⁻の比は1:1になります。

このように、気体の塩化水素が水に溶け、水溶液中に水素イオンH⁺と塩化物イオンCl⁻が存在している水溶液が塩酸になります。

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塩酸は酸性の水溶液

後で詳しく学習しますが、塩酸は酸性の水溶液です。なぜ酸性になるのかというと、水溶液中に水素イオンH⁺が存在するからです。塩化水素のように水に溶けて水素イオンH⁺が出てくると、その水溶液は酸性になるのです。

塩酸のポイント!❶塩酸の溶質は気体の塩化水素!
❷塩酸は塩化水素と水の混合物!
❸塩酸の中には水素イオンH⁺と塩化物イオンCl⁻が1:1で存在する!
❹塩酸は酸性の水溶液!酸性の正体は水素イオンH⁺

塩酸の電気分解

塩酸に電極を差し込み電流を流すと、塩酸が電気分解され、陰極から水素H₂陽極から塩素Cl₂が発生します。これは、塩酸中の陽イオンである水素イオンH⁺が陰極に、陰イオンである塩化物イオンCl⁻が陽極に引き寄せられるためです。

塩酸の電気分解

陰極から発生する水素と、陽極から発生する塩素の体積は同じですが、実際には陽極から発生する塩素の方が少なくなります。理由は、塩素が水に溶けやすいからです。発生しても塩素は水に溶けるので、実際の量よりも少なくなります。

塩酸の電気分解の化学反応式

塩酸(塩化水素の水溶液)HClを電気分解すると、陰極から水素H₂、陽極から塩素Cl₂が発生するので、次の化学反応式が書けます。

  • 塩酸→水素+塩素
  • 2HCl → H₂ + Cl₂

塩化水素の電離のようすを表す式と間違えないようしましょう。

電離式と化学反応式・電離式:HCl→H⁺+Cl⁻
・化学反応式:2HCl→H₂+Cl₂

発生した気体の調べ方

陰極からは水素、陽極からは塩素が発生しますが、それぞれ次のようにして発生した気体を調べます。

  • 水素H₂マッチの火を近づけると、爆発して水ができる。
  • 塩素Cl₂赤インクをしみ込ませたろ紙を近づけると、色が抜けて白くなる。

水素は燃える気体、塩素には漂白作用があることを利用して気体の判別を行います。あわせて、塩素の性質も覚えましょう。

塩素の性質

下の表の内容を覚えてください。

化学式 Cl₂
黄緑色
水への溶け方 よく溶ける
水溶液の性質 酸性
空気と比べた重さ 重い
集め方 下方置換法
臭い 刺激臭(プールの臭い)
その他 殺菌作用、漂白作用
塩酸の電気分解のポイント!❶陽極から塩素Cl₂、陰極から水素H₂発生!
❷塩素は水に溶けやすいので、水素よりも少なくなる!
❸塩素は漂白作用がある!

塩酸の電気分解をもっと詳しく

塩酸の電気分解をイオンの動きや、電子の受け渡しまで詳しくみていきましょう。塩酸に電流を流すと、下の図のようなイオンの移動や電子の受け渡しが行われます。

塩酸の電気分解

次のような流れで覚えておきましょう。

  1. 陰イオンである塩化物イオンCl⁻陽極に引き寄せられる。
  2. 陽極に引き寄せられた塩化物イオンCl⁻電子を電極に渡し塩素原子Clになる。
  3. 塩素原子Clが2つくっつき、塩素分子Cl₂になって発生する。
  4. 陽極に渡された電子が、導線を通って陰極に移動する。
  5. 陽イオンである水素イオンH⁺陰極に引き寄せられる。
  6. 導線を通ってやってきた電子水素イオンH⁺が受けとり、水素原子Hになる。
  7. 水素原子Hが2個くっついて水素分子H₂になって発生する。

塩酸の電気分解 練習問題

  1. 塩酸の溶質は何か。
  2. 塩酸は混合物か化合物か。
  3. 気体の塩化水素が水に溶けて電離するようすを、化学式とイオン式を使って表せ。
  4. 塩酸は何性の水溶液か。
  5. 塩酸の中に存在するイオンを2つ答えよ。
  6. 塩酸を電気分解すると、陽極からは何が発生するか。気体名を答えよ。
  7. 塩酸を電気分解すると、陰極からは何が発生するか。化学式で答えよ。
  8. 塩酸の電気分解を化学反応式で書け。
  9. 陽極から発生する気体を調べる方法と、その結果を簡潔に答えよ。
  10. 塩酸をに電流を流したとき、陰極に移動するイオンは何イオンか。

塩酸の電気分解 練習問題 解答

  1. 塩化水素
  2. 混合物
  3. HCl→H⁺+Cl⁻
  4. 酸性
  5. H⁺、Cl⁻
  6. 塩素
  7. H₂
  8. 2HCl→H₂+Cl₂
  9. 赤インクをしみ込ませたろ紙を近づけると、色が抜けて白くなる。
  10. 水素イオン

塩酸の電気分解の実戦問題に挑戦

塩酸の電気分解は入試でも頻出の内容です。基本定な問題から応用問題まで対応できるようにしっかりと練習しておきましょう。ここは問題になれることも必要です。

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