硫酸銅の電気分解（高1）

質問

こないだ学校で銅板を用いた硫酸銅（(2)）の電気分解を行いました。２０分間行ったのですが、その間アンペアは１アンペアのままで変化しないのにボルトは変化しました。その理由を教えてください。よろしくお願いします。

回答No.3

c80s3xxx

回答は，一連のほかの質問での回答に書いたことをよく考えれば，結局同じことだということがわかるはずなので，省略します．

#2 の方の回答に問題のある部分があるので，補足というか修正というか．

>そこに電圧をかけると、+イオンは－極へ、－イオンはプラス極へ引き寄せられます。

教科書や参考書にもこのような記述があるようなので，非常に問題なのですが，通常の電気分解条件ではこの効果は無視できるほどしかありません．電解質濃度が高く，電気伝導性がかなり高い条件であり，印加電圧もたかだか数Vでは，熱運動に対して有意な効果を持つような電気泳動はおこりえません．
印加した電位差のほとんどは電極/電解質界面での電気二重層にかかり，イオン移動がおこるような溶液内の電位勾配はきわめて小さくなるのが，通常の電気分解条件です．
電極で反応がおこるのは，たまたま近くにいるイオンが電極反応を起こす条件にあるからで，反応が継続するのは，電極近傍での反応物の減少によって濃度勾配ができ，それによる拡散で物質供給が続くからです．

回答No.2

kagakusuki

硫酸銅を水に溶かすと、+の電荷を帯びた銅イオンと、－の電荷を帯びた硫酸イオンに分かれます。
　又、水自体も、ほんのわずか分解をしていて、極一部の水の分子が、、+の電荷を帯びた水素イオンと、－の電荷を帯びた水酸イオンに分かれています。
　そこに電圧をかけると、+イオンは－極へ、－イオンはプラス極へ引き寄せられます。
　－極には水素イオンと銅イオンが集まりますが、銅よりも水素の方がイオンになりやすいので、水素はイオンのままで液中に留まり、銅イオンは－極に流れて来た電子と結びついて、金属の銅となります。
　電流とは電荷の流れのことです。
　銅イオンが金属銅に変わって、水溶液中のイオンの数が減ると、電荷を運ぶイオンの総数も減りますから、同じ電圧をかけたままだと、流れる電流も減ります。
　最初から高い電圧をかけると、イオンの濃度が高いため、流れる電流が多くなり過ぎて、電線が過熱して火事を起こしたり、電源装置のヒューズが溶けたりします。
　そこで、可変変圧器や可変抵抗器を使って電圧を調節し、最初は低い電圧で電気分解をします。
　銅イオンが少なくなって電流が減って来ると、電気分解の進む速さも遅くなり、実験に時間が掛かるので、電流が減り過ぎないように、可変変圧器や可変抵抗器を使って電圧を調節しながら、実験をしたのだと思われます。
　それか、流れる電流が一定であれば、電気分解の進む速さも一定になるため、電気分解をしていた時間を測れば、電気分解した硫酸銅の量が、計算で求められるので、電圧を調整しながら実験を進めたのかもしれません。

お礼

硫酸銅の濃度が変化するから、、ということでしょうか？どうもありがとうございました。

回答No.1

noname#160321

後の二つのご質問のうち片方の質問と関連しています。
硫酸銅の濃度が変化しなければ、原則として電圧は変わりません。ところが溶液中の銅濃度が変わると電圧は変わってしまいます。電極の重量変化と対応しています。

一方、銅表面が酸化被膜で覆われたりして銅イオンの出入りが妨げられるとまた余分な電圧が必要になります。

補足

銅濃度がかっわたから電圧が変化したのですか？その現象をもっと詳しく知りたいので、教えてください。銅が酸化してしまったためですか？そうだとしたら、なぜ酸化してしまったのかも教えてください。