電池の分極と酸化銅

質問

化学の問題集に、ボルタ電池の分極を軽減するために「正極の銅版を加熱して酸化する」という記述がありました。ですが、酸化銅と水素は、酸化銅がまだ熱を持っているときでないと反応しないと思います。冷えた酸化銅でも、正極で生じる水素と反応するのでしょうか？
宜しくお願いします。

回答No.1

noname#160321 · ベストアンサー

>冷えた酸化銅でも、正極で生じる水素と反応するのでしょうか？
はい、反応します。ただの水素を酸化銅と反応させるには加熱が必要です。
しかし電気化学反応で生じてくる水素は「原子状態」やそれが結合した「励起状態の水素分子」です。
これらは水中で冷えた酸化銅と反応できる充分な「活性」を持っています。
言い古された言葉で云えば「発生期の水素」という奴です。

お礼

回答ありがとうございます。

＞冷えた酸化銅と反応できる充分な「活性」を持っています。

大変参考になりました。ありがとうございます。

回答No.2

htms42

生じた水素を酸素と反応させるのではありません。
負極で亜鉛がイオンになって溶け出せば亜鉛は酸化されています。その電池が成り立つためには亜鉛を酸化する酸化剤が正極に必要です。亜鉛の近くにある水素イオンでは電池になりません。その場で反応が起こってしまうからです。導線で結びついた離れた場所で酸化剤の反応が起こらないといけないのです。
Ｚｎ→Ｚｎ^(2+)＋２ｅ^(-)
の相手の反応が起こらなければいけません。
硫酸の入ったボルタ電池であれば
２Ｈ^(＋)＋2ｅ^(-)→Ｈ２
が起こって泡が出ます。
銅板の表面が酸化銅になっていれば
ＣｕＯ＋２ｅ^(－)＋２Ｈ^（＋)→Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ
の反応が起こって銅が還元されます。水素は還元されていません。
両極の反応を１つにまとめれば
Ｚｎ＋ＣｕＯ＋２Ｈ^(＋)→Ｚｎ^(２＋)＋Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ
になります。ＣｕＯが酸化剤になるのです。還元されているのは銅です。
過酸化水素を溶液に加えれば
Ｈ２Ｏ２＋２Ｈ^(＋)＋２ｅ^(－)→２Ｈ２Ｏ
です。

酸化剤の種類をどう取り替えようが亜鉛の表面からの水素の発生は起こります。隔壁を用いて硫酸と亜鉛の接触を妨げない限り、効率の悪い電池であるという事情は変わりません。

ボルタ電池では「減極剤」という言葉が使われていたことがあります。これは反応の主役が銅であるという思い込みに基づくものです。ボルタの時代では仕方がなかっただろうと思いますがが酸化・還元反応を柱にして電池を考えるという現在の立場で言うと意味を持たない言葉です。
酸化剤の種類を変えて別の仕組みの電池にしているのです。
銅イオンを銅に還元する電池であれば初めからダニエル電池でスタートするのがすっきりしています。

反応条件のややこしい、何が起こっているかの判断の難しいボルタ電池を電池の入門に使うのは問題があります。
そこらに転がっている銅板を使えば電流が流れるというだけですからそれ以上仕組みを考えたりするのには向いていません。

お礼

回答ありがとうございます。
詳しい解説ありがとうございます。参考になりました。