ダニエル型電池について。

質問

ニューグローバル(東京書籍)という問題集にダニエル型電池において負極にAlとAl2(SO4)3aq、正極にNiとNiSO4aqを用いたとき、正極における反応はNi2+　＋　2e-→Niと書いてありましたが、イオン化傾向は、
Ni>Hなので2H2O　＋2e-→H2＋2OH-ではないのでしょうか？

宜しくお願いします。

回答No.1

パんだ パンだ（@Josquin） · ベストアンサー

イオン化傾向で考えているのは 2H+ + 2e- → H2 という反応です。
2H2O + 2e- → H2 + 2OH- と同じように思われるかもしれませんが、別の反応で、2H2O + 2e- → H2 + 2OH- は 2H+ + 2e- → H2 より起こりにくいのです。
また、金属イオンが金属単体になる反応に比べ、気体が発生する反応は複雑で、起こりにくいのです。

Niは比較的イオン化傾向が小さい（水素に近い）金属なので、2H2O + 2e- → H2 + 2OH- に比べて Ni2+ + 2e- → Ni の方が起こりやすいのですが（問題集に書いてあることが正しいのですが）、高校レベルの問題では無いと思います。

興味があれば、「標準電極電位」、「水素過電圧」などの言葉を調べてみてください。

お礼

ありがとうございます。
確かにセンター試験でこんな問題が出たら解けないです。。。

回答No.2

htms42

普通のダニエル電池だと銅と亜鉛の組み合わせですからこういう疑問が生じませんね。ちょっとニッケルとアルミニウムの組み合わせだと戸惑います。こう考えたらどうでしょうか。

硫酸銅の水溶液の中に金属亜鉛を入れます。亜鉛の表面に銅が析出してきて表面の色が変わってきます。この時亜鉛が溶けています。銅めっきの原理です。
逆に硫酸亜鉛の溶液に銅板を入れたとします。銅が溶けて溶液が青くなるということは起こりません。
（Ａ）Ｃｕ２＋　＋　Ｚｎ→Ｃｕ　＋　Ｚｎ２＋　は起こる
（Ｂ）Ｚｎ２＋　＋　Ｃｕ→Ｚｎ　＋　Ｃｕ２＋　は起こらない。

（Ａ）の反応では電子が移動しています。電子の移動は亜鉛版の表面で起こっています。この電子の移動を外部回路に取り出せたら電池になります。亜鉛版の表面での直接反応を禁止して外回りをさせるのです。ダニエル電池で隔壁（セパレーター）を使っているのはそのためです。電池反応にはいつも対応する酸化還元反応があります。起こりやすい酸化還元反応であれば電池としても実現しやすいです。
亜鉛が溶けて銅が析出する反応ですから硫酸銅は必要です。硫酸亜鉛は必ずしも必要ではありません。食塩水でも電池になります。でも蒸留水ではだめです。金属亜鉛の表面に正の亜鉛イオンだけだたまれば続けて反応が起こるというのが妨げられます。
希硫酸に銅板と亜鉛版を入れたボルタ電池は
Ｚｎ＋Ｈ２ＳＯ４→Ｈ２＋ＺｎＳＯ４
に対応します。銅板は導体としての役割だけです。セパレーターを使っていない構造では効率が悪いというのが分かります。

３ＮｉＳＯ４＋２Ａｌ→Ａｌ２(ＳＯ４)３＋３Ｎｉ（１）
が起こりますから電池になります。
もしＯＨ－が生じるとしたら
２Ａｌ＋６Ｈ２Ｏ→２Ａｌ(ＯＨ)３＋３Ｈ２（２）
が起こるという式に対応します。
これも起こるかもしれませんね。アルミニウムはイオン化傾向が大きいですから起こりえます。（Ｎｉのイオン化傾向ではなくアルミニウムのイオン化傾向です。）
両方起こっても構わないのです。でも（１）の割合の方が多いようです。＃１のご回答の中に
＞金属イオンが金属単体になる反応に比べ、気体が発生する反応は複雑で、起こりにくいのです。
と書かれていますから。

お礼

ありがとうございます！
大変参考になりました。もし、こういう問題がセンター試験で出たら高校で習う化学の範囲では、わからないですね～。