水溶液の電気分解
このノートの問いがそのまま復習カードになり、忘れかけたころに出題されます。
根拠は高等学校学習指導要領（平成30年告示）「化学」の内容 (2) ア (ｱ) ㋒「電気分解」。
内容の取扱いは「水溶液の電気分解を中心に扱うこと」を求めており、解説は硫酸銅(Ⅱ)や
水酸化ナトリウムなどの水溶液を中心に取り上げるとしている。
0. どういう論点か
電池が「自発的に進む反応から電気を取り出す」なら、電気分解は逆に電気を与えて、
進まない反応を起こさせるものです。
| 電池 | 電気分解 | |
|---|---|---|
| 電子を出す側（酸化） | 負極 | 陽極 |
| 電子を受け取る側（還元） | 正極 | 陰極 |
| エネルギーの向き | 化学 → 電気 | 電気 → 化学 |
引っかけの分かれ目は次の 3 つ。
- 陽極で酸化、陰極で還元（名前は電池と違うが、起きることは同じ分類）
- 陽極では電極自身が溶けることがある（Cu・Ag の電極。C・Pt なら溶けない）
- 水溶液では水が反応することがある——イオン化傾向の大きい金属イオンは析出しない
1. どちらの極で何が起きるか
根拠: 学習指導要領 化学-(2)-ア-(ア)-㋒
電気分解で、外部電源の正極につないだ電極を何という？そこで起きるのは？
陽極。酸化反応が起きる
電子が電源へ吸い取られる側。
電気分解で、外部電源の負極につないだ電極を何という？そこで起きるのは？
陰極。還元反応が起きる
電子が押し込まれる側。
電気分解が起こるには何が必要か？
一定値以上の電圧を外部からかけること
自発的には進まない向きの反応を、無理に進めている。
2. 陽極の決まり方
根拠: 学習指導要領 化学-(2)-ア-(ア)-㋒
陽極は電極自身を先に疑うのが手順です。銅や銀の電極なら、溶液の中身より先に自分が溶けます。
陽極が銅や銀でできているとき、何が起こる？
電極自身が溶けて陽イオンになる（例：Cu → Cu²⁺ + 2e⁻）
溶液中のイオンより先に、電極が酸化される。
陽極が炭素や白金のとき、次に見るのは何か？
溶液中に塩化物イオンやヨウ化物イオンがあるか
あれば、それが酸化される（2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻）。
陽極が炭素や白金で、溶液が硫酸ナトリウム水溶液のとき何が起きる？
水が酸化されて酸素が発生する
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻。SO₄²⁻ は酸化されにくい。
硫酸イオンや硝酸イオンが陽極で反応しないのはなぜ？
すでに酸化された状態にあり、これ以上酸化されにくいから
代わりに水が酸化される。
3. 陰極の決まり方
根拠: 学習指導要領 化学-(2)-ア-(ア)-㋒
陰極は溶液中の陽イオンのイオン化傾向で決まります。
イオン化傾向が大きい金属は水溶液からは析出しません（水のほうが先に還元される）。
陰極で金属が析出するのは、どんな金属イオンのとき？
イオン化傾向が水素より小さい金属（Cu²⁺・Ag⁺ など）
そのまま還元されて金属になる。
ナトリウムイオンやカリウムイオンの水溶液を電気分解すると、陰極で何が起きる？
水が還元されて水素が発生する
2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻。金属は析出しない。
ナトリウムの単体を得るには、どうすればよい？
融解塩電解（溶融塩電解）
水を使わず、塩化ナトリウムを融かして電気分解する。
酸性の水溶液で、陰極に水素が発生するときの反応式は？
2H⁺ + 2e⁻ → H₂
中性・塩基性では水が還元される形（2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻）で書く。
硫酸銅(Ⅱ)水溶液を白金電極で電気分解すると、両極で何が起きる？
陰極：銅が析出、陽極：酸素が発生
Cu²⁺ は水素よりイオン化傾向が小さく、SO₄²⁻ は酸化されない。
水酸化ナトリウム水溶液を白金電極で電気分解すると、両極で何が起きる？
陰極：水素が発生、陽極：酸素が発生
結局、水が分解されることになる。