乙種4類危険物取扱者試験対策
乙種4類危険物取扱者試験対策
電解液に電極を入れて電流を流すと、各電極で電子の授受が行われ、酸化還元反応が起こります。 これを電気分解といいます。電気分解は「電気エネルギーを使って化学変化を起こす」操作といえます。
電気分解では、電源の負極（－）につないだ電極を陰極、正極（＋）につないだ電極を陽極といいます。
塩化銅（Ⅱ）（CuCl2）水溶液に2本の炭素棒を電極として入れ、直流電流を流すと、陰極では銅が析出し、陽極では塩素分子（Cl2）が発生します。
CuCl2 → Cu2+ + 2Cl−
陰極では電子が流れ込むため、陽イオンや水分子が電子を受け取る還元反応が起こります。 陽極では外部に電子を放出するため、陰イオンや水分子が電子を失う酸化反応が起こります。
純粋な水はほとんど電離せず、電気をほぼ通しません。そこで少量の水酸化ナトリウム（NaOH）や希硫酸（H2SO4）を加えて電離度を高め、反応しにくい白金（Pt）を電極として電気分解を行います。
陰極では還元反応により水素（H2）が、 陽極では酸化反応により酸素（O2）が発生します。
2H2O → 2H2 + O2
加える電解質によって、電離の様子と陰極・陽極それぞれの反応式が異なります。
電離：H2SO4 → 2H+ + SO42−
SO42−は電極反応に関与せず、そのまま溶液中に残ります（傍観イオン）。 そのため、この反応で正味に分解されているのは水だけで、加えたH2SO4自体の量は変化しません。 また、発生する気体の体積比はH2：O2＝2：1です。
電離：NaOH → Na+ + OH−
Na+は電極反応に関与せず、そのまま溶液中に残ります（傍観イオン）。 陰極で生じたOH−が溶液中を移動して陽極で消費されるため、加えたNaOH自体の量は変化せず、正味では水だけが分解されています。 発生する気体の体積比はH2：O2＝2：1です。
陰極ではe−を受け取る還元反応が起こります。水溶液中に存在する陽イオン（金属イオンなど）や水分子のうち、還元されやすいものから優先的に反応が進みます。
| 物質 | 陰極での反応式 |
|---|---|
| 銀イオン | Ag+ + e− → Ag |
| 銅イオン | Cu2+ + 2e− → Cu |
| 水素イオン | 2H+ + 2e− → H2 |
| 水（水分子） | 2H2O + 2e− → H2 + 2OH− |
Ag > Cu > H2
この順序により、水溶液の種類ごとに陰極で生成する物質が決まります。
| 水溶液 | 陰極での生成物 |
|---|---|
| 硝酸銀（AgNO3） | Agが析出 |
| 硫酸銅（Ⅱ）（CuSO4） | Cuが析出 |
| 塩化銅（Ⅱ）（CuCl2） | Cuが析出 |
| 塩酸（HCl） | H2が発生 |
| ヨウ化カリウム（KI） | H2が発生 |
陽極ではe−を放出する酸化反応が起こり、主にハロゲン（Cl2など）や酸素（O2）が生成します。 ただし、電極に白金（Pt）や炭素（C）以外の金属を使用している場合は、溶液中のイオンではなく電極自体が酸化されて溶け出す点に注意してください。
| 水溶液 | 陽極での生成物 |
|---|---|
| 塩酸（HCl） | Cl2が発生 |
| 塩化銅（Ⅱ）（CuCl2） | Cl2が発生 |
| ヨウ化カリウム（KI） | I2が発生 |
| 硫酸（H2SO4） | O2が発生 |
| 硫酸銅（Ⅱ）（CuSO4） | O2が発生 |
| 水酸化ナトリウム（NaOH） | O2が発生 |
硫酸銅（Ⅱ）水溶液（CuSO4水溶液）を白金電極で電気分解したとき、陰極で起こる変化として正しいものはどれか。