化学Ⅰ 電気分解 の問題

質問

陽極に粗銅 10[g]、陰極に純銅 2.0[g]、電解液に硫酸銅(Ⅱ)水溶液を用いて電気分解を行った。
268[mA]の電流を10時間流したところ、陽極の質量が3.5[g]だけ減少した。粗銅中には不純物として銀のみが含まれる。この銀は、すべて電気分解によってイオン化し、水溶液中に含まれる。

①粗銅中に含まれる銀の質量パーセントは何％か？

②粗銅板がなくなり、電気分解が終了するのは、電気分解を始めてから何時間後か？

という問題なのですが、問題の意味すらいまいちよくわからない状態です(笑)

この問題を解く手順を教えてください！

あと、この問題はどのくらいのレベルだと感じますか？

回答No.5

htms42 · ベストアンサー

＃３です。

教科書で電気分解、電解精錬の項調べてみましたか。
電気化学等量９６５００Ｃという量も出ているはずです。
教科書に載っていること、習ったことはすべて読んでみて、確かめて、やってみて、その上で質問してください。計算がわからなくても、この計算のこの部分がわからない、この部分の考え方が判らないというところまでは絞り込んでください。

どこでやったことかすらわからないようでしたらここで回答をもらってもできるようになりません。

＃３で問題がおかしいと指摘しました。
＃１、＃２の回答とは結果が変わってきます。
流れた電流はすべて陽極にある銅の酸化に使われます。
Ｃｕ→Ｃｕ^(2+)＋２ｅ^(-)
（陰極では同じだけの量の銅が還元されています。Ｃｕ^(2+)＋２ｅ^(-)→Ｃｕ）

イオンになって溶け出した銅の質量をｗｇ、物質量をｎｍｏｌとします。ｎ＝　ｗ／（銅の原子量）です。
これだけの量をイオンにしたとき、移動した電子の数は　２ｎｍｏｌですから、電気分解で移動した電気量は　２ｎ×９６５００Ｃ　であるということになります。これが「流れた電流（Ａ）×時間（秒）」に等しいはずです。
２ｗ／（銅の原子量）×９６５００＝０．２６８×１０×６０×６０

ｗがわかれば後は全部わかります。

※このｗは陰極の純銅の質量の増加に等しくなります。
　陽極の質量の減少と陰極の質量の増加の差が銀の質量です。
　底に沈んでいます。

回答No.4

org1

No.1です
たしかにNo.3さんのおっしゃるとおりですね
まずい問題です

回答No.3

htms42

銅の電解精錬についてですね。
電解精錬は教科書に載っています。

銅の中に含まれている銀がイオンになると書かれていますが「？」です。
教科書には「周りの銅が溶けることによって固体のまま電解槽の底に沈んでたまるので陽極泥として回収する」と書かれているはずです。

もし銀のイオンが水溶液の中にあるのであれば銅の表面に析出するはずですから精錬にはなりませんね。

これはどこの問題ですか。

ｗｉｋｉにも「電解精錬」の記事があります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E8%A7%A3%E7%B2%BE%E9%8C%AC

回答No.2

gohtraw

粗銅の中の銀の含量（質量％）をｘとします。すると、陽極が３．５ｇ減ったうちの３．５＊ｘ／１００ｇが銀の質量、３．５＊（１００－ｘ）／１００が銅の質量です。
　陽極で起きるのは、銀および銅が電子を奪われてイオン化することなのですが、銀は電子を１個、銅は２個放出します。従って銀が失った電子は
３．５＊ｘ／１００／銀の原子量
銅が失った電子は
３．５＊（１００－ｘ）＊２／１００／銅の原子量
となります（単位はモル）。両者の和は、２６８ｍＡの電流を１０時間流した時に流れた電子のモル数と等しくなります。
　１０時間経過した時点で陽極の残りは６．５ｇです。従って残り６．５ｇが消失するために流すべき電子のモル数は
６．５＊ｘ／１００／銀の原子量＋６．５＊（１００－ｘ）＊２／１００／銅の原子量
です（ｘには上記で求めた値を代入します。一方陽極が消失するまでに要する時間をｔとすると、２６８ｍＡの電流をｔ時間流したときに流れる電子のモル数は上記の電子のモル数と等しくなります。これをきちんと計算してもいいのですが、結果的には３．５ｇ減るのに１０時間かかったのだから１０ｇ減るにはｔ時間必要になるという、比を解く問題に過ぎません。
　＊１アンペアの電流が１秒流れた時、流れた電荷は１クーロンです。１個の電子が持つ電荷は1.60217653×10−19クーロンなので電子１モルの電荷は1.60217653×10−19＊６．０２＊１０＾２３クーロンになります。

回答No.1

org1

溶け出した銅と銀のmolをｘ，ｙとしましょう

それぞれに原子量をかけて足したものが3.5gです

銀は１価，銅は２価のイオンになりますから
イオン化する時に放出された電子は
2x + y　molということになります

これを連立したら解けますよ

レベルは10段階で5～6位でしょうか
センター試験にも登場したことがありますが
センターレベルとしてはかなり難問です。