この実験について
仮想電解セルを配線し、硫酸銅を不活性陽極または可溶性銅陽極で比較してから、硫酸ナトリウム水溶液での水の電気分解に切り替えます。電極間隔、面積、電圧を変えながら、電気量、析出した銅の量、気体の体積を測定します。
学習目標
- 正極の陽極で酸化が、負極の陰極で還元が起こることを確認します。
- 生成物の量を、電圧だけでなく電気量と関連付けます。
- 可溶性銅陽極の役割を説明します。
使い方
- 1回路の接点を閉じて電源を入れます。一定時間通電した後、電流と生成物を記録します。
- 2他の設定を一定に保ったまま電極間隔を広げ、電流を比較します。
- 3不活性陽極から銅陽極に切り替え、イオン濃度を比較します。
- 4極性を逆にして、還元と酸化がそれぞれどこで起こるかを特定します。
モデル
前提条件
- 抵抗は、初期濃度、面積、電極間隔に基づく、説明用の固定関数です。電極反応の速度論や変化する導電率は表現しません。
- 不活性陽極を用いた銅析出では反応開始電圧は1.5 V、可溶性銅の移動では0.2 V、水の分解の場合は1.8 Vです。これらはモデル上の設定値であり、普遍的なしきい値ではありません。
- 電流はすべて、記載された反応生成物を生み出します。不活性陽極での銅析出は、Cu²⁺が枯渇すると停止し、別の陰極反応に切り替わることはありません。
- 可溶性銅陽極の初期質量は2 gです。気体の体積は298.15 K、1 barでの値です。電極の外観は模式図です。
授業で試してみましょう
- Q1可溶性銅陽極は、なぜ浴中の銅イオン濃度を理想的な状態に保てるのですか？
- Q2電源の極性を逆にすると、何が変わりますか？
よくある質問
回路を開くと、集められた生成物は消えてしまいますか？
いいえ。通電時間の計測は一時停止し、電流はゼロになりますが、すでに生成された銅と気体はそのまま残ります。
実際の電解槽では、銅イオンがなくなると必ず反応が停止しますか？
実際の電解槽では、ほかの反応が引き継ぐことがあります。このモデルでは、モデル化されていない生成物経路を追加せず、意図的に反応を停止します。