電池と電気分解(化学基礎)知識テスト(問題と答え)

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☆電池と電気分解は酸化還元反応の知識を前提としています→酸化還元反応基礎知識テスト


①負極は酸化されるのか還元されるのか?

→酸化される
※負極は電子を放出する。

②正極は、負極に比べてイオン化傾向は大きいか小さいか?

→小さい
※正極は電子を受け取る。

③正極において水素が発生して電池の起電力が低下する現象を何と言うか?

→分極

④充電できる電池を何と言うか?

→二次電池
※代表的には二次電池は鉛蓄電池である。

⑤ボルタ電池の負極・正極・電解液はそれぞれ何か答えよ。

→負極:亜鉛、正極:銅、電解液:硫酸

⑥ダニエル電池の負極・正極・電解液はそれぞれ何か答えよ。

→負極:亜鉛、正極:銅、電解液:硫酸亜鉛水溶液と硫酸銅水溶液(ただし、電解液は素焼き板またはセロハンで句切る)

⑦鉛蓄電池の負極・正極・電解液はそれぞれ何か答えよ。

→負極:鉛、正極:酸化鉛、電解液:硫酸

⑧ボルタ電池の負極・正極の反応を記せ。

負極(酸化):Zn → Zn2++2e
正極(還元):2H++2e → H2

※正極をCu2++2e → Cuとしないように注意。

⑨ダニエル電池の負極・正極の反応を記せ。

負極(酸化):Zn → Zn2++2e
正極(還元):Cu2++2e → Cu

⑩ダニエル電池において正極側と負極側の電解液の濃度はどのようにするのが最適か?

→硫酸亜鉛水溶液の濃度を小さくし、硫酸銅水溶液の濃度を大きくする

⑪鉛蓄電池において放電すると両極に何が付着するか? また、その色は?

→硫酸鉛、白色
※硫酸鉛は水に不溶なので、水溶液に溶けずに電極に付着する。

⑫鉛蓄電池を充電すると、電解液(希硫酸)の濃度はどうなるか?

→大きくなる(濃くなる)

⑬電気分解において陰極は酸化されるか還元されるか?

→還元される
※陰極とは、電池の負極側に接続する極板のことである。負極は電子を放出するので、陰極は電子を受け取ることになる。

⑭電気分解において陽極は電子を得るか失うか?

→失う
※陽極とは、電池の正極側に接続する極板のことである。正極は電子を受け取るので、陽極は電子を放出することになる。

⑮NaClやAl2O3から電気分解によってナトリウムやアルミニウムを得る方法を何と言うか?

→溶融塩電解
※「融解塩電解」と言うこともある。

⑯マンガン乾電池の電極は、亜鉛と酸化マンガンが使われているが、どちらが正極か。

→酸化マンガン
※亜鉛のイオン化傾向は大きいので負極になりやすい。
※酸化マンガンMnOのMnの酸化数が+2なので、酸化数が減少しやすい(還元されやすい)ため、正極と考えることもできる。

⑰自動車のバッテリーや非常用の予備電源として広く使われている電池は何か。

→鉛蓄電池
※鉛蓄電池は、資源が得やすく(経済的で)、安定して使用できる二次電池である。

⑱鉛蓄電池の保守点検では、電解液にあるものを加える。それは何か。

→水(純水)
※硫酸は不揮発性だが、水は蒸発したり、いくらか水の電気分解が起こってしまうため。

⑲ニッケルーカドミウム電池は何次電池か。

→二次電池
※鉛蓄電池よりも軽量で、劣化もしにくい。過酷な使用にも耐えることができる。ハイブリッドカーや電動アシスト自転車に使われている。

⑳燃料電池の負極活物質と正極活物質を答えよ。また、燃料電池の反応全体で生成する物質は?

→負極活物質:水素、正極活物質:酸素、生成する物質:水
※負(正)極活物質とは、金属以外で負(正)極の働きをする物質のこと。

㉑リチウム電池は、従来の亜鉛を用いた電池に比べて、高起電力となる。それはなぜか。

→リチウムのイオン化傾向は全金属で最大だから。
※起電力は、両極物質のイオン化傾向の差で決まる。

㉒リチウムイオン電池は何次電池か。

→二次電池
※ニッケルーカドミウム電池の4倍の起電力で、電池の寿命も長い。ノートパソコン、デジタルカメラ、携帯電話などに用いられている。

㉓鉄は乾燥した空気中と湿った空気中のどちらでさびやすいか。

→湿った空気中
※水が電解液の働きをして、局部的に電池となってしまうから。

㉔アルミニウムの製造は、ボーキサイトから製錬するのと、リサイクルするのでは、どちらがエネルギーを節約できるか。

→リサイクル
※ボーキサイトから製錬するときの3%以下のエネルギーでリサイクルすることができる。ちなみにボーキサイトからアルミニウムを製錬するには、熱エネルギーと多量の電気エネルギーが必要である。


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