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。

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。

水に少量の水酸化ナトリウムをとかし、電気分解装置に入れて一定の大きさの電流を流し、水の電気分解を行った。陰極からは水素が、陽極からは酸素が発生し、それぞれ別の管に集めた。電流を流し始めてから、陰極で発生した水素の体積を 2 分ごとに調べると、次のようになった。

この電気分解では、発生する水素と酸素の体積の比はつねに $2:1$ であった。

同じ条件で電流を 10 分間流したあと、陰極に集まった水素のうち $16{\text{cm}}^3$ と、陽極に集まった酸素のすべてを、1 本の丈夫な筒に入れて点火した。反応が終わったあと、筒の中に残った気体の体積は何 cm³ ですか。

ただし、水素と酸素は体積の比 $2:1$ で反応して水になり、できた水は液体になってその体積は無視できるものとする。また、気体の体積はすべて同じ温度・圧力ではかるものとし、発生した気体は水溶液にとけないものとする。

容器をセロハン膜で 2 つに仕切り、一方に硫酸マグネシウム水溶液を入れてマグネシウム板をひたし、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。

次に、ビーカーに塩化銅水溶液を入れ、炭素棒 X と炭素棒 Y をひたした。マグネシウム板と炭素棒 X を導線でつなぎ、炭素棒 Y と銀板を導線でつないだ。回路はこの 1 本の道すじだけで、枝分かれはない。

しばらく電流を流したところ、次の変化が起こった。

• マグネシウム板では、マグネシウム原子が電子を 2 個失ってマグネシウムイオン $\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$ になり、水溶液中にとけ出した。
• 銀板では、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になり、銀板の表面に付着した。
• 塩化銅水溶液では、一方の炭素棒の表面で銅イオン $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ が電子を 2 個受けとって銅原子になって付着し、もう一方の炭素棒からは塩素が発生した。

電流を止めたあと、炭素棒に付着した銅の質量を調べると $0.48\text{g}$ であった。銅原子 1 個と銀原子 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、電子の受けわたしは上に書いた反応だけで起こり、付着した銅と銀はすべて炭素棒や銀板からはがれ落ちないものとする。

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。