化学変化とイオンの問題

塩化銅水溶液に炭素棒の電極を 2 本ひたして電源装置につなぎ、一定の大きさの電流を流して電気分解を行う。陰極には銅が付着し、陽極からは塩素が発生する。

実験 1 十分な量の塩化銅水溶液に $0.40\text{A}$ の電流を $25$ 分間流したところ、陰極に銅が $0.20\text{g}$ 付着した。

実験 2 実験 1 と同じ濃度の塩化銅水溶液を新しく用意し、$0.80\text{A}$ の電流を $40$ 分間流した。電流を止めて電極をとり出し、電流を流す前とあとで水溶液の質量をくらべると、$1.06\text{g}$ 減少していた。このとき、陽極で発生した塩素の一部は水溶液にとけ、残りは空気中に出ていった。

実験 2 で、陽極で発生した塩素のうち、水溶液にとけた塩素は何 g ですか。

ただし、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ものとし、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、水は分解も蒸発もしないものとする。

水 $100\text{g}$ に塩化銅 $9.5\text{g}$ をとかした塩化銅水溶液がある。この水溶液に炭素棒の電極を 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。しばらくして電流を止め、陰極を取り出して調べると、陰極の表面に銅が $2.7\text{g}$ 付着していた。

塩化銅は銅と塩素が質量の比 $9:10$ で結びついた物質であり、この電気分解では塩化銅が銅と塩素に分解する変化だけが起こったものとする。また、付着した銅はすべて陰極に残っていたものとする。

このとき、電流を止めた後の水溶液中に、分解されずに残っている塩化銅は何 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。

容器をセロハン膜で 2 つに仕切り、一方に硫酸銅水溶液を入れて銅板をひたし、もう一方に硝酸銀水溶液を入れて銀板をひたして電池をつくった。銅板と銀板を導線と電子オルゴールでつなぐと、電子オルゴールが鳴った。このとき、銅板では銅原子 $\mathrm{Cu}$ が電子を 2 個失って銅イオン $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ となって水溶液中にとけ出し、銀板の表面では水溶液中の銀イオン $\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$ が電子を 1 個受けとって銀原子 $\mathrm{Ag}$ となって付着した。

しばらく電流を流したあと、2 枚の金属板をとり出して質量を調べると、銅板の質量は $0.48\text{g}$ 減少していた。銅原子 1 個の質量と銀原子 1 個の質量の比を $16:27$ とするとき、銀板の質量は何 g 増加したか。

ただし、銅板で失われた電子はすべて導線を通って銀板に移動し、銀板で銀イオンが受けとったものとする。また、銅板の質量の変化は銅原子がイオンになってとけ出したことだけによるものとし、銀板の質量の変化は銀が付着したことだけによるものとする。銀は銀板からはがれ落ちないものとする。

塩化銅水溶液に 2 本の炭素棒を電極として入れ、電源装置と電流計をつないで電気分解を行った。電流の大きさと電流を流した時間を変えて、陰極に付着した銅の質量を調べたところ、次の結果が得られた。

次に、塩化銅 $5.40\text{g}$ を水にとかした水溶液を用意し、同じ装置で $1.6\text{A}$ の電流を流し続けて電気分解を行った。

塩化銅は銅と塩素が質量の比 $64:71$ で結びついた物質である。電気分解では塩化銅だけが銅と塩素に分解され、生じた銅はすべて陰極に付着し、生じた塩素はすべて気体として水溶液の外へ出ていくものとする。また、電流の大きさは一定に保たれ、付着する銅の質量は上の実験の結果と同じ規則にしたがうものとする。

水溶液中に残っている塩化銅の質量が $2.70\text{g}$ になるのは、電流を流しはじめてから何分後ですか。