電気分解はこわい、、、

質問

こんにちは。化学を好きになるべく必死にいろいろ問題をやっています。でもこれはよくわからないかったので教えて下さい。希硫酸を電気分解して、毎分50ml（0.095Mpa、20℃）の水素を得る時に必要な電気分解の電流値はいくらなのでしょうか？Mpaの意味のご説明もお願いします。

回答No.4

noname#4746

すみません、補足下さってたのですね。気が付かず、見るのが遅くなりました。

　回答は合っていると思います。毎分５０ｍｌも発生させるなら、その位大きな電流が必要なんでしょうねえ。。。。

　１つアドバイスがあります。
　0.095MPa をわざわざ 0.9376atm に換算していますが、大学生レベルの問題であれば、その必要はないことが多いです。と言いますのも、大学で学ぶこのテの学問では、気体定数ＲをＳＩ単位（長さはｍ、体積は立方メートル．．．等々）の８．３１４として使うことがほとんどですから。　

　この場合、気体定数Ｒの単位は、

　（ｍ^３（立方リットル）・Ｎ／ｍ^２）／（ｍｏｌ・Ｋ）　です。

　このうち、分子の単位はＮ・ｍとなりますから、結局、Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）です。

　後は、モル数を計算する際に、５０ｍｌが何立方メートルか、０．０９５ＭＰａが何Ｎ／ｍ^２をキチンと換算して代入すれば、同じ答えが出ます。

回答No.3

noname#4746

ＭＰａのうち、Ｍはメガ、１０＾６（１０の６乗）を表す接頭語です。Ｐａは圧力の単位で、Ｎ／ｍ２（ニュートン／平方メートル）です。
　つまり、１ＭＰａ＝１０＾６Ｎ／ｍ２　です。

　rei00 さんのヒントに加え、もう少しヒントを出します。

（１）設問に温度、体積、圧力が与えられており、得られるものは水素ガスです。では、この水素ガスのモル数を計算するには何の式が必要となりますか？

（２）電気分解のことを考える際、最も重要な法則は何ですか？

（３）電気量は、電流および時間とどのような関係にありますか？
　　　言い換えると、電気量は、電流および時間との関係でどのように定義できますか？

＊注
　計算の際は、単位系をそろえるように！　ＳＩ単位に統一しておくのが面倒なくていいです。

お礼

これについてkawarivさんとrei00さんからのアドバイスを参考にやってみました。
ただ、最後の方の96500の数値を掛けるのか割るのかがいまいちです。
そして、毎分電気量が流れた上での数値ということは60秒で割って答えとなる
というようにしたのですが、それでいいのかというところも不安です。
以下、どうぞコメントよろしくお願いします。

○希硫酸を電気分解し、毎分50ml（０．０９５Ｍpa、20℃）の水素を得たい。電気分解に必要な電流値を求める。

0.095MPa＝0.095*10^6Pa＝0.9376atm

1atm＝101325Pa

理想気体の状態方程式
PV=nRT
に
p＝0.9376atm
V＝0.050リットル
R＝0.082リットル・atm/mol・K
T＝293K
を代入して、nを求めます。
n=0.001951mol
つまり毎分0.001951molの水素を得たい。

ところで、希硫酸の電気分解のとき陰極で起きる反応は
２H+　＋　２e^-　＝　H2

2*96500クーロンの電気量で水素１molが発生します。
水素0.001951molを得るための電気量は
2*96500*0.001951クーロンです。
毎分これだけの電気量が流れる訳ですから、
電流値はこの電気量を６０秒で割って得られます。
つまり、
2*96500*0.001951クーロン/６０秒＝6.2757アンペア
電流＝電気量/時間
ですから。
[答]6.28Ａ

回答No.2

rei00

「化学を好きになるべく必死にいろいろ問題をやっています」と言う事ですので，取りあえずヒントだけ。

　硫酸の電気分解で水素が出きる反応はわかりますか。2H+ 2e- → H2↑　です。つまり，水素（H2）１モル発生させるのに電子（e-）が２モル必要です。

　後は，50 ml（0.095 Mpa、20℃）の水素が何モルかを求めれば，毎分流す必要のある電子のモル数から電流値は求まりますね。

　化学の問題の多くは，関係している反応をキチンと式に書き，そこに出てくる化合物の量的関係を明らかにしていけば，解答できると思います。

　いかがでしょうか。必要なら補足下さい。

お礼

これについてrei00さんとkawarivさんからのアドバイスを参考にやってみました。
ただ、最後の方の96500の数値を掛けるのか割るのかがいまいちです。
そして、毎分電気量が流れた上での数値ということは60秒で割って答えとなる
というようにしたのですが、それでいいのかというところも不安です。
以下、どうぞコメントよろしくお願いします。

○希硫酸を電気分解し、毎分50ml（０．０９５Ｍpa、20℃）の水素を得たい。電気分解に必要な電流値を求める。

0.095MPa＝0.095*10^6Pa＝0.9376atm

1atm＝101325Pa

理想気体の状態方程式
PV=nRT
に
p＝0.9376atm
V＝0.050リットル
R＝0.082リットル・atm/mol・K
T＝293K
を代入して、nを求めます。
n=0.001951mol
つまり毎分0.001951molの水素を得たい。

ところで、希硫酸の電気分解のとき陰極で起きる反応は
２H+　＋　２e^-　＝　H2

2*96500クーロンの電気量で水素１molが発生します。
水素0.001951molを得るための電気量は
2*96500*0.001951クーロンです。
毎分これだけの電気量が流れる訳ですから、
電流値はこの電気量を６０秒で割って得られます。
つまり、
2*96500*0.001951クーロン/６０秒＝6.2757アンペア
電流＝電気量/時間
ですから。
[答]6.28Ａ

回答No.1

xinman

電流値の計算は分からないので他の回答者にお任せします。

MpaについてですがこれはMPa(メガパスカル)の表記ミスじゃないですか？
MPaは気圧の単位です。
1MPa=10000hPa
0.1013MPa=1013hPa=1atom(気圧)
0.095MPa=950hPa=0.9378atom
で計算できるはずです。