高１硫酸銅の電気分解

質問

学校で硫酸銅の電気分解の実験をしました。銅板を用いたのですが、実験後の陰極板の増加量と陽極板の減少量が大きくことなりました。理由を考えてみてもわかりません。教えてください。

回答No.2

noname#160321

何が起こっているのかは、再現してみなければ判りません。「再現出来ないものは科学ではない」他の人に何が起こったかを理解してもらわねばなりません。
疑問を持ったのは良い機会かも知れませんから、実際に調べてみて下さい。
通常は銅＋極からはＣｕ(2+)イオンが溶け出してきます。これは既に電解銅として用いられている方法で、誰も疑わない事実です。この事実と違うもう一つの事実を見つけたわけで、ノーベル賞は取れなくても貴重な体験だと思います。
これを解釈しなければいけません。解釈することで仮説が生まれ、仮説が証明出来れば解釈が正しかったことになります。
今回の解釈は「銅が溶け出さずに酸素が発生した」ですので、これを証明する方法を考えます。そのとき以下の式を考えます。
－極に銅が析出した分、対応する＋極から同じ量の銅イオンが溶け出していない。だから硫酸銅溶液の中の銅イオンの量が減っているはずだ。つまり下式：
ＣｕＳＯ4＋Ｈ2Ｏ→Ｃｕ＋1/2Ｏ2＋Ｈ2ＳＯ4
が成り立っていると考えました。
証明法は２つ
１．銅イオンの量を測定する。
２．硫酸の量を測定する。
先に色が薄くなっていなかったかと言ったのは、１ですね。他に銅の定量法もありますがややこしいのでこの際ナシ。
硫酸の方なら何とかなりそう。
これを酸アルカリ中和滴定で決めます。つまりアルカリで硫酸を滴定します。ただし銅はアルカリ性で塩基性銅の沈殿を生ずるのでかなり薄めなくてはなりません。こうします、反応後の溶液をきれいに１リットル（それより小さくても良い、500mL、250mLなど、元の溶液の量より幾分大きめの体積）のメスフラスコに移し、反応容器（電気分解に使った容器）と両方の電極の３つもそれぞれ少量の脱イオン水で洗ってメスフラスコに加え、使ったロートも上から水で洗い、残らずメスフラスコに入れます。最後にメスフラスコの規定量まで同じく脱イオン水を加えて１リットル（他の量なら同じく500mL、250mL)とします。
ここで出来た溶液を、例えば5mLホールピペットで正確に取りおよそ20mL（こっちは計らないからどうでも良い）の脱イオン水に加えます、これを水酸化ナトリウムの標準溶液で滴定します。指示薬はいつものようにフェノールフタレインです。
どんな濃度の水酸化ナトリウム溶液がどのくらい必要かは、予め銅の総増加量（｛－極の増加量｝－｛＋極の減少量｝、もっと正しく言えば絶対値の差）を銅の原子量63.55で割ったモル数の硫酸が生じている見当ですから、6.36gで0.1mol、水１Lにすれば0.1M(0.2N)、これを5mL使えば、0.1NのＮａＯＨ水溶液10mLが消費されるはずです。あとは単純な比例計算。
なおこの程度薄めれば銅の作用は考えなくて良いでしょう。
以上のようにして計られた硫酸量が銅の不足分と一致すれば仮説は正しく、よって酸素が出ていることになります。

なお、－極は何でも(鉛筆の芯でも)銅は析出しますが、＋極は汚れていると電気が流れないだけでなく溶出しにくくなってしまいます。予め銅の表面を磨き、酸洗いして置くと良かったのかも。

また、たとえ実験がうまくいかなくても、銅は解け出るものだと覚えていた方が良いです。０５０さんが書いたようにプラチナ（白金）の＋極では確かに酸素が発生するのですから。
天王寺高校１：http://www.tennoji-h.oku.ed.jp/tennoji/oka/2004/04ko2-14.htm
天王寺高校２．http://www.tennoji-h.oku.ed.jp/tennoji/oka/2004/04ko2-12.htm
その他（どこか判らん）
http://homepage2.nifty.com/organic-chemistry/calculated/elect.htm

だれかがうまくいけば、その値を信じるのがこれもまた科学、誰もうまくいかないと証明するのは大変。「うまくいく」証明は簡単で「出来ない」証明は大変。
フェルマーの最終定理（Ａ^n＋Ｂ^n＝Ｃ^nでＡ，Ｂ，Ｃは自然数nは３以上の自然数、の組み合わせは無い）の証明も1637年頃提案証明されたのは1995年アンドリュー・ワイエスが証明するまで、350年以上もかかった。ＵＲＬ
http://www1.fctv.ne.jp/~ken-yao/Fermat.htm

回答No.1

noname#160321

１．陰極板の増加量の方が陽極板の減少量より大きかったのではないでしょうか？
２．硫酸銅の水溶液の青色が薄くなりませんでしたか？

それなら硫酸銅から銅が陰極板に析出し、陽極板では酸素が発生し、硫酸銅溶液が硫酸で酸性になったのではないでしょうか。

もし逆でしたら。
３．硫酸銅溶液の色が濃くなり、陰極板で水素が発生することになります。

本で読んだ内容と実際は時折違います。

補足

はい。陰極の方が、大きかったです。でも、硫酸銅の色が、薄くなったかは、見ませんでした。白金電極ではないのに銅電極でも酸素が生じるんですか？とても興味深いのでもっとその現象について教えてください。お願いします。