第 10回

自然科学入門(化学） 第10回
10-1
第3章金属のイオン化傾向（p 55）
金属原子は、電子を放出して陽イオン（カチオン）になるが、その成り易さには相違がある
金属原子が陽イオンとなる場合は、酸化数が増加する――酸化されることに相当
Na のイオン化
(酸化数変化 : 0 → +1)
Mg のイオン化
(酸化数変化 : 0 → +2)
第一イオン化

2 Na

2 H2 O
Mg

2 H2 O
Au

H2 O


2 NaOH
Mg(OH)2
第二イオン化
爆発的に反応が進行

H2


H2
 高温蒸気と反応
反応は起こらない　( Ag, Pt,
陽イオンになりやすさに差
Cu)
イオン化傾向
金属のイオン化傾向の大きさと反応
10-2
代表的な金属のイオン化傾向の覚え方
貸そうかな、
K,
まあ, 当 て に すん な、
Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb
ひ ど 過 ぎる 借 金
H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au
酸化されずらい
酸化されやすい
金属と金属イオンとの反応
Zn  Fe 2   Zn 2   Fe

Zn が Fe 2  に電子を与えた
イオン化傾向 : Zn  Fe
Cu 2   Fe  Cu  Fe 2 
 Fe が Cu 2  に電子を与えた
イオン化傾向 : Cu  Fe
第I族、 II 族の金属はイオン化傾向が大きい→他の金属と比べて陽イオンになりやすい
金属元素の種類によって、イオン化傾向は大きく異なる→貨幣金属はイオン化傾向が小さい＊＊
周期表で右側に行くほどイオン化傾向が小さくなる→電子親和性が大きくなる
＊＊Au
(金), Ag (銀), Cu (銅) 等は、電子を放出するエネルギーが大きい（イオン化エネルギー）
電子を与える系と電子を受取る系を組合わせると電子が移動する。
例えば、導線でつないだ亜鉛板と銅板を酸溶液に入れると、どちらもイオン化しようとするが、
イオン化傾向から、亜鉛がイオン化してZn2+ が溶液中に溶け込み、
亜鉛板は－に帯電（負極）し、その結果、電子は相対的に電位が高い
銅板へと流れる。
電池
Zn→Cuへ
第 4 章 電池と電気分解
代表的な電池
10-3
素焼き板(塩橋）
e
正極（還元）
負極（酸化）
e
e
H2
Zn2+
H2 ガス泡
Zn
Zn2+
H+
H+
SO42-
H2SO4液
Cu
H+
H+
SO42-
ボルタ電池
Zn
Zn2+
Zn2+
SO42-
Zn2+
ZnSO4液
Cu
Cu2+
Cu2+
Cu2+
SO42CuSO4液
ダニエル電池
H+ PbO2
Pb
H+
H+
H+
SO42-
SO42-
H2SO4液
鉛蓄電池
(  ) Zn H2SO 4 aq Cu (  )
(  ) Zn ZnSO 4 aq CuSO 4 aq Cu (  )
(  ) Pb H2SO 4 aq PbO 2 (  )
負極：Zn  Zn 2   2e
負極：Zn  Zn 2   2e
正極：2H  2e  H2
正極：Cu 2   2e  Cu
負極：Pb  SO 4 2   PbSO 4  2e
起電力：　1 .1 V
起電力：　1 .1 V
H2の泡が銅板に付着
→ 電子の授受を阻害
H2が電子受け取って逆反応
H2→2H+ + 2e
電流がすぐストップ
ボルタ電池の改良
素焼き板で電荷バランス保持
Zn 板薄く、Cu 板厚くなる
(ZnSO4↓、CuSO4↑)
電流が流れ続ける
正極：PbO 2  SO 4 2   4H  2e
 PbSO 4  2H2O
起電力：　2V
二次電池（放電と充電）
Pb + PbO2 + 2H2SO4 ⇆ 2PbSO4 + 2H2O
自動車バッテリー
その他の電池
マンガン乾電池（アルカリ電池）
( ) Zn ZnCl2 aq MnO 2  C (  )

負極：Zn  2OH  ZnO  H2O  2e
正極：　2MnO 2  H2O  2e  Mn2O 3  2OH
全電池： 2MnO 2  Zn  H2O  Mn2O 3  ZnO
起電力：　1 .5 V
リチウムイオン蓄電池(二次電池）
( ) C LiBF4  Organic sol. LiCoO 2 (  )
負極：LiCoO 2  Li(1 x )CoO 2  xLi  xe
正極：xLi  xe  6C  Li x C 6
全電池：LiCoO 2  6C  Li(1 x )CoO 2  Li x C 6
起電力：　3 .6 V
一次
化学
酸化銀電池
( ) Zn KOH aq Ag2O (  )
二次
電池
負極：Zn  2OH   ZnO  H2O  2e
正極：Ag2O  H2O  2e  2 Ag  2OH
燃料
マンガン乾電池
アルカリ乾電池
酸化銀電池
水銀電池
鉛蓄電池
Ni-Cd 電池
Ni-H2 電池
リチウムイオン電池
全電池：Ag2O  Zn  2Ag  ZnO
起電力：　1 .5 V
物理
太陽電池
二重層コンデンサー
生物
酵素電池
10-4
電気分解
10-5
電解質溶液の電極（同種類の金属）での化学反応
陰極 ： 陽イオンが電子を受け取る（還元）
陽極 ： 陰イオンが電子を放出する（酸化）
〇Ag+, Cu2+, H+ 等は還元（電子を受け取る）される
Ag+ + e- → Ag
Cu2+ + 2e- → Cu
2H+ + 2e- → H2
〇Na+, K+ などイオン化傾向大きいものは還元されない
(水分子の還元により、H2 が生成）
2H2O + 2e- → 2OH- + H2
〇OH-やハロゲンイオンは酸化されやすい
4OH- → 2H2O ＋ O2 ＋ 4e2Cl- → Cl2 ＋ 2e2Br- → Br2 ＋ 2e2I- → I2 ＋ 2e〇NO3-，SO42-のようなイオンは酸化されにくい
(水分子が酸化されて酸素が発生)
2H2O → O2 ＋ 4H+ ＋4e-
－
電
陰極
解
(還元が起こる)
質
水
溶
液
陽イオン(＋)
+
陽極
(酸化が起こる)
グラファイト (C)
又はプラチナ(Pt)
陰イオン(-)
陽極としてCu，Agやそれ以上イオン化傾向の大きい金属を用いると、電極自身が酸化されて溶ける
Cu → Cu2+ ＋ 2eAg → Ag+ ＋ e-
各種溶液の電気分解
10-6
電極として白金 (Pt) あるいはグラファイト (C) を用いた場合
HCl 溶液の電気分解
2Cl  Cl2  2e
2H  2e  H2
水の電気分解
4OH 

2H  2e  H2
O 2  2H2O  4e
水の電気分解時には電解を促す
ために少量の NaOHを加える
CuSO4 溶液の電気分解
4OH  
Cu 2   2e  Cu
O 2  2H2 O  4e