電気分解の計算（問題）【化学計算の王道】

※原子量：H=1, C=12, N=14, O=16, Na=23, Al=27, S=32, Cl=35.5, Ni=59, Cu=64, Ag=108, Pb=207
※ファラデー定数：9.65×10⁴〔C/mol〕
※気体定数：8.3×10³〔Pa・L/K・mol〕
※電気量は整数で、それ以外は有効数字2桁で答えよ（④ー3以外）。

①硫酸銅(Ⅱ)水溶液15mLを適当にうすめ、白金板を両極として電気分解したところ、陰極に銅が0.384g析出した。流れた電気量[C]を求めよ。また、陽極から発生した気体の標準状態における体積[L]を求めよ。

②0.50mol/Lの塩化銅(Ⅱ)水溶液250mLをとり、白金板を電極として0.50Aの電流を32分10秒流した。

　1）両極で起こった反応の反応式を書け。

　2）陰極の白金板は何g重くなったか。

　3）発生した気体は27℃, 1.0×10⁵Paで何Lか。

　4）両極間を移動した電子の数はいくつか。

　5）塩化銅(Ⅱ)水溶液の濃度は何mol/Lになったか。

③図のように電解槽(Ⅰ)、(Ⅱ)を電源と直列に接続して電気分解を行った。電解槽(Ⅰ)には、硫酸ニッケル水溶液を入れ、陽極にニッケル板(A)、陰極には銅板(B)を用い、電解槽(Ⅱ)には硝酸銀水溶液を入れて、陽極・陰極ともに白金板(C)(D)を用い、2.6Aの電流を2970秒流した。なお、電気分解の間、各電解槽の陰極では気体の発生は認められなかった。

　1）電極(A)～(D)で起こる反応をそれぞれe^–を含む式で示せ。

　2）銅板(B)で析出した金属の析出量は何molか。

　3）銅板(B)は電気分解によってニッケルにめっきされる。銅板(B)の全体の表面積を100㎠とすると、めっきされるニッケルの厚さは何cmか。ただし、ニッケルの密度は8.85g/㎤であり、めっきは均一に行われるものとする。

④地殻中に最も多量に含まれている元素は酸素、2番目は（ア）で、アルミニウムは3番目である。アルミニウムは金属としては最も多い元素であるから、岩石や土壌中に広く分布しているものの、酸化物やケイ酸塩などが非常に安定であるから、単体金属として用いられるようになったのは19世紀末に（イ）法が発明されてからである。ボーキサイトからつくった酸化物のアルミナ［ウ］は非常に（エ）が高いので、まず電解槽中で（オ）を1000℃近くで融解し、これにアルミナを加えると（カ）現象により混合融解塩を得ることができる。両極に炭素電極を用いて電気分解を行うと、アルミニウムは融解状態で陰極部分にたまってくる。両極の主な反応は次のように表せる。
陰極：［キ］+｛ク｝e^– → Al
陽極：2［ケ］ + C → CO₂ + ｛コ｝e^–
結局、（サ）エネルギーにより、［シ］を炭素で（ス）する反応である。

　1）上の文中の（　）には語句、［　］には化学式、｛　｝には数値を入れなさい。

　2）陽極・陰極の反応式をもとに、全体の化学反応式を示せ。

　3）アルミニウム1.00kgを得るためには、理論上何クーロンの電気量を必要とするか。このとき、上の反応だけで考えると陽極の炭素は何kg消耗することになるか。ただし、ともに有効数字3桁で答えよ。

☆答えはこちら→電気分解の計算（問題と答え）