高校化学、電気分解の質問です。

質問

白金電極に用いて硫酸鉛の水溶液に○○Aの電流を○○秒流すと陰極に析出する鉛は何グラムか？という問いがありました。陰極は水素が発生すると思うのですが、鉛が析出する理由を教えてください。

回答No.1

noname#233823 · ベストアンサー

硫酸鉛は、硫酸鉛II：PbSO4と、硫酸鉛IV：Pb(SO4)2の2種類があります（Pbは鉛）。お考えの問題では硫酸鉛IV：Pb(SO4)2のようですが（硫酸鉛IIは水に難溶性）、PbSO4を使う鉛蓄電池を考えてから、その問題に取り組んだほうが分かりやすいかもしれません。

鉛蓄電池の充電では、以下のような反応が起こります（放電、つまり鉛蓄電池使用時は逆向きの反応になる）。
以下で、eは電子のつもりです。SO4(2-)は電子を2つ得た硫酸イオン、H(1+)は水素イオン（水素原子が電子を1つ失ったイオン、陽子やプロトンとも言う）のつもりです。

陰極：Pb＋SO4(2-)　　　　　　　　←　PbSO4＋2e
陽極：PbO2＋SO4(2-)＋4H(1+)＋2e　←　PbSO4＋2H2O

（両極の反応を合わせると、Pb＋PbO2＋2H2SO4　←　2PbSO4＋2H2O　となる。つまり、硫酸鉛IIと水から、鉛と酸化鉛と硫酸が出てくる。鉛蓄電池の陽極は酸化鉛、陰極は鉛でできており、それが希硫酸に浸けられている。）

硫酸鉛水溶液とのことですから、難溶性のPbSO4（硫酸鉛II）ではなく、Pb(SO4)2（硫酸鉛IV、SO4が2個）でしょうか。それで書き換えると以下のようになります。

陰極：Pb＋2{SO4(2-)}　　　　　　　　 ←　Pb(SO4)2＋4e
陽極：PbO2＋2{SO4(2-)}＋8H(1+)＋4e　←　Pb(SO4)2＋4H2O

このようになりますので、電圧をかけて電気分解すると、陰極には鉛が析出します（陽極で出てくるのは酸化鉛）。水素イオンは陽極側で出ますので、水素ガスが出るとしたら陽極のほうです（が、おそらく硫酸になってしまう）。

お礼

ありがとうございました。
高校化学の教科書にはない内容でわかりませんでした。丁寧な説明でわかりやすかったです。