電気分解

本科／実戦トレーニング期／ Z Study 添削問題編／
必修テーマ／東大コース化学
見本
XCAR4A-Z1J1-06
２
電気分解
CHECK11 電気分解
電解質の水溶液などに外部から電気エネルギーを与えて，強制
的に酸化還元反応を起こさせること。電解ともいう。
暗記
陰極（-）
外部電源の負極につないだ電極。
電子が流れ込み，還元反応が起こる。
陽極（+）
外部電源の正極につないだ電極。
電子が流れ出し，酸化反応が起こる。
CHECK12 電気分解における陰極と陽極での反応
暗記
水溶液中の陽イオン
電極での反応
Li ，K ，Na ，Al などのイオン化傾向 2 H2O + 2 e
H2 + 2 OH- 水素が発生
が大きい金属の陽イオンのみ存在する場合
+
+
+
3+
陰極
H+（酸性の水溶液）
-
2 H+ + 2 e-
H2
Cu や Ag などのイオン化傾向が小さい（例）Cu + 2 e
金属の陽イオンが存在する場合
Ag+ + e2+
+
2+
電極物質・水溶液中の陰イオン
Cu
Ag
金属単体
として析出
電極での反応
Cl- や I- などのハロゲン化物イ（例）2 Clが存在する場合 2 Iオン
（F- を除く）
陽極
陽極が白 SO42- や NO3- などの酸化され
2 H 2O
金や炭素にくい陰イオンのみが存在する
の場合
場合
OH-（塩基性の水溶液）
-
Cl2 + 2 eI2 + 2 e-
O2 + 4 H+ + 4 e-
ハロゲン単
体が生成
酸素が発生
4 OHO2 + 2 H2O + 4 e-
陽極として，銅や銀など，白金・金以外の（例）Cu
Ag
金属を使っている場合
Cu2+ + 2 eAg+ + e-
陽極が溶解
※水溶液中に金属イオンが存在しない場合も，陰極では水（水素イオン）が還元される。
※陽極における陰イオンの酸化のされやすさの順は，I->Br->Cl->H2O>NO3-，SO42- である。
実際に，炭素棒を電極に用いた CuCl2 水溶液の電気分解におけ
る陰極と陽極での反応を，上の表を見ながら考えてみよう。電気分
解の各極の反応を考えるときには，簡潔な図を描くとよい。このと
き，陽極と陰極に用いた物質，電解液を明記すると，どのような反
応が起こるか整理できる。また，電池の負極→陰極，正極→陽極の
接続と電子の流れを明記しておけば，各極で起こる反応を逆にして
しまうといったミスを防ぐことができる。
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陰極電池の負極から電子が流れ込むので，還元反応が起こる。ここでは，Cu2+ が還元され，
単体の Cu が析出する。
Cu2+ + 2 e-
Cu
陽極電池の正極へと電子が流れ出るので，酸化反応が起こる。ここでは，Cl- が酸化され，単
体の Cl2 が発生する。
2 Cl-
Cl2 + 2 e-
陰極では最も還元されやすい物質が電子を受け取ること，逆に，陽極では最も酸化されやすい物
質が電子を失うことを押さえておこう。
TRY3
次の電気分解の陰極および陽極では，それぞれどのような反応が起こるか。電子 e- を含む
イオン反応式で表せ。
問 1 陰極に鉄，陽極に炭素を用いて塩化ナトリウム水溶液の電気分解を行う。
問 2 各極に銀を用いて硝酸銀水溶液の電気分解を行う。
問 3 各極に白金を用いて水酸化ナトリウム水溶液の電気分解を行う。
〔解答欄〕
問 1 陰極；陽極；問 2 陰極；陽極；問 3 陰極；陽極；解　答
問 1 陰極の鉄，陽極の炭素は反応しない。塩化ナトリウムは水溶
CHECK12
液中で電離して Na+，Cl- を生じる。
陰極 Na+ は水溶液中では還元されず，水が還元される。
答 2 H2O + 2 e- H2 + 2 OH陽極ハロゲン化物イオンの Cl- が酸化される。
答 2 Cl- Cl2 + 2 e問 2 硝酸銀は水溶液中で電離して Ag+，NO3- を生じる。
CHECK12
陰極イオン化傾向の小さい Ag+ が還元される。
答 Ag+ + e- Ag
陽極電極に銀を用いているので，Ag が酸化され，イオンと
なって溶け出す。
答 Ag Ag + e
+
-
NO3- は水溶液中で安定であ
り酸化されにくい。
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問 3 各極の白金は反応しない。水酸化ナトリウムは水溶液中で電
CHECK12
離して Na ，OH を生じる。
+
-
陰極 Na+ は水溶液中では還元されず，水が還元される。
答 2 H2O + 2 e- H2 + 2 OH陽極水溶液中に多く存在する OH- が酸化され，酸素が発生
する。
答 4 OH- O2 + 2 H2O + 4 e CHECK13 電気分解の量的関係
1 つの電解槽の陰極と陽極に流れる電子の物質量
（または，電気量）
は必ず等しい。また，陰極ま
たは陽極で変化する物質の量は，流れた電気量に比例する
（ファラデーの法則）
。
ところで，前ページで示した「CuCl2 水溶液の電気分解における陰極と陽極での反応」は，次の
通りであった。
陰極 Cu2+ + 2 e陽極 2 Cl
-
Cu
Cl2 + 2 e-
1 つの電解槽の陰極と陽極に流れる電子の物質量は等しく，また，電子 e- を含むイオン反応式
の係数から，各極で変化する物質の物質量の比を求めることができる。たとえば，この電解槽に
2 mol の電子が流れたとすると，陰極では 1 mol の銅が析出し，陽極では 1 mol の塩素が発生する
ことになる。
CHECK14 電気量
暗記
電気量 Q〔C〕= 電流 I〔A〕* 時間 t〔s〕
アンペア
クーロン
1 A の電流が 1 秒
（s）
間流れたときの電気量が 1 C である。
CHECK15 ファラデー定数 F 〔C/mol〕
F = 9.65 * 104 C/mol
電子 1 mol 当たりの電気量の大きさ。
TRY4
白金電極を用いて硝酸銀水溶液の電気分解を行ったところ，陰極に 2.16 * 10-2 g の金属が
析出した。次の問 1 ∼問 3 に答えよ。ただし，原子量は Ag = 108，ファラデー定数は F =
9.65 * 104 C/mol とし，問 2 ，問 3 は有効数字 3 桁で答えよ。
問 1 陰極および陽極では，それぞれどのような反応が起こるか。電子 e- を含むイオン反応
式で表せ。
問 2 この電気分解で流れた電子の物質量は何 mol か。また，流れた電気量は何 C か。
問 3 陽極で発生した気体の物質量は何 mol か。また，その体積は標準状態では何 L になるか。
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〔考え方〕
〔解答欄〕
問 1 陰極；陽極；問 2 電子の物質量；電気量；問 3 気体の物質量；体積；解　答
問 1 各極の白金は反応しない。硝酸銀は水溶液中で電離して Ag+，
CHECK12
NO3 を生じる。
-
陰極 Ag+ が電子を受け取り，Ag が析出する。
答 Ag+ + e- Ag ① 陽極水が電子を放出し，酸素が発生する。
答 2 H2O O2 + 4 H+ + 4 e- ② 問 2 陰極では，電子 1 mol が流れると 1 mol の Ag が析出する。
CHECK13
したがって，析出した Ag の物質量と流れた電子の物質量は等し
いから，次式が成り立つ。
2.16 * 10-2
= 2.00 * 10-4〔mol〕
108
答電子の物質量；2.00 * 10-4 mol
電子 1 mol がもつ電気量の値は，ファラデー定数に等しく
CHECK15
9.65 * 10 C である。したがって，求める電気量は
4
9.65 * 104 * 2.00 * 10-4 = 19.3〔C〕
答電気量；19.3 C
問 3 陽極で発生する気体は酸素である。②式の係数より，電子
1 mol が流れると
CHECK13
1
mol の酸素が生じる。したがって，発生した
4
酸素の物質量を ≈〔mol〕とすると，次式が成り立つ。
1：
1
= 2.00 * 10-4：≈ ∴ ≈ = 5.00 * 10-5〔mol〕
4
答気体の物質量；5.00 * 10-5 mol
標準状態での気体 1 mol の体積は 22.4 L であることから，求め
る体積は
22.4 * 5.00 * 10-5 = 1.12 * 10-3〔L〕
答体積；1.12 * 10-3 L
（電子の物質量〔mol〕）：（酸
素の物質量〔mol〕）
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TRY5
ある直列回路に 0.80 A の電流を 5 時間21分40秒間流したとき，この回路に流れた電子の物質
量は何 mol か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし，ファラデー定数は F = 9.65 * 104 C/mol と
する。
〔考え方〕
〔解答欄〕
解　答
5 時間21分40秒 = 5 * 60 * 60 + 21 * 60 + 40
= 1.93 * 104〔秒〕
よって，流れた電子の物質量を n〔mol〕とすると，次式が成り
CHECK14
立つ。
4
n〔mol〕* 9.65 * 10〔C/mol〕
CHECK15
= 0.80〔A〕* 1.93 * 10〔秒〕
4
∴ n = 0.16〔mol〕
コラム
答 0.16 mol
正極と陽極，負極と陰極って，何が違うの？
右図に示す通り，電池の負極と電気分解の陰極，電池の正極と電気
分解の陽極では，酸化と還元が逆になっている。それぞれ似た名称で
紛らわしいが，起こる反応は大きく異なるので，混同しないようにす
ること！
もう少し具体的にいうと
・電池の負極では電子を放出する反応
（酸化）
が起こるが，電気分解の
陰極では電子を受け取る反応
（還元）
が起こる。
・電池の正極では電子を受け取る反応
（還元）
が起こるが，電気分解の
陽極では電子を放出する反応
（酸化）
が起こる。

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