化学変化とイオンの問題

電気分解について、次の実験を行った。

実験 1　十分な量の塩化銅水溶液に炭素棒の電極を 2 本ひたし、電源装置につないで $0.50\text{A}$ の電流を $20$ 分間流した。陰極には銅が付着し、その質量は $0.20\text{g}$ であった。陽極からは塩素が発生した。

実験 2　実験 1 と同じ濃度の十分な量の塩化銅水溶液に炭素棒の電極をひたした装置 A と、少量の水酸化ナトリウムをとかした水に白金の電極をひたした水の電気分解装置 B を用意した。電源装置の $+$ 極、装置 A、装置 B、電源装置の $-$ 極が 1 本の道すじになるように導線で直列につなぎ、$0.65\text{A}$ の一定の電流を流した。しばらくして電流を止めると、装置 B の陽極に集まった酸素の体積は $100{\text{cm}}^3$ であった。

ただし、次のことがらが成り立つものとする。
- 装置 A では、銅イオン $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ 1 個が電子を 2 個受けとって銅原子 1 個になる。
- 装置 B では、電子が 4 個移動するごとに、陰極で水素分子が 2 個、陽極で酸素分子が 1 個発生する。酸素分子 1 個は酸素原子 2 個からできている。
- 銅原子 1 個と酸素原子 1 個の質量の比は $4:1$ である。
- 陰極に付着する銅の質量は、電流の大きさと電流を流した時間のそれぞれに比例する。
- 酸素 $1\text{L}$ の質量は $1.3\text{g}$ とし、発生した酸素は水にとけず、すべて集められたものとする。

実験 2 で電流を流した時間は何分ですか。

ビーカーに塩化銅水溶液を入れ、炭素棒の電極を 2 本ひたして電源装置につなぎ、電流を流して電気分解を行った。すると、陰極の表面には赤色の銅が付着し、陽極からは塩素が発生した。

電流を流す前と、電流を止めて電極をとり出したあとで、ビーカーの中の水溶液の質量をはかったところ、水溶液の質量は $1.35\text{g}$ 減少していた。このとき、陰極に付着した銅は何 g ですか。

ただし、塩化銅にふくまれる銅と塩素の質量の比は $64:71$ とする。また、陰極に付着した銅はすべて電極とともにとり出され、発生した塩素は水溶液にとけずにすべて空気中に出ていったものとし、水の蒸発は考えないものとする。

うすい塩酸 A とうすい水酸化ナトリウム水溶液 B を用いて、次の実験を行った。

5 つの蒸発皿にそれぞれ A を $20{\text{cm}}^3$ ずつとり、B をそれぞれ $4{\text{cm}}^3$、$8{\text{cm}}^3$、$12{\text{cm}}^3$、$16{\text{cm}}^3$、$20{\text{cm}}^3$ 加えてよくかき混ぜた。その後、それぞれの水溶液を加熱して水を完全に蒸発させ、残った固体の質量をはかったところ、次のようになった。

ただし、A と B は完全に反応するものとし、加熱したとき塩化水素は水とともにすべて空気中へ出ていき、残った固体は塩化ナトリウムと、反応せずに残った水酸化ナトリウムだけであるとする。また、水酸化ナトリウムは加熱によって変化しないものとする。

B を $16{\text{cm}}^3$ 加えた蒸発皿に残った固体のうち、塩化ナトリウムの質量は何 g ですか。

塩化銅水溶液に炭素棒の電極を 2 本ひたし、電源装置につないで一定の大きさの電流を流し、電気分解を行った。電流を流した時間と、陰極に付着した銅の質量を調べると、次のようになった。

同じ大きさの電流を $25$ 分間流し続けると、陰極に付着する銅の質量は何 g になりますか。

ただし、水溶液中の塩化銅は電流を流しているあいだになくならないものとし、陰極で生じた銅はすべて陰極に付着するものとする。

水に少量の水酸化ナトリウムをとかした水溶液を電気分解装置に入れて電流を流すと、水が電気分解されて、陰極から水素、陽極から酸素が発生します。このとき、発生する水素と酸素の体積の比は $\text{水素}:\text{酸素}=2:1$ です。

しばらく電流を流したところ、陰極側に集まった水素の体積は $12\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ でした。このとき陽極側に集まった酸素の体積は何 $\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ ですか。ただし、発生した気体は水にとけず、すべて集められたものとします。