酸化還元と電池・電気分解（知識）の問題

難易度 3共通テストレベル高校化学酸化還元と電池・電気分解（知識）

次の操作ア〜カのうち、気体として水素が発生するものを、すべて選べ。

ア　銅片に希硫酸を加える。
イ　亜鉛片に希塩酸を加える。
ウ　マグネシウムリボンを熱水に入れる。
エ　銅片に濃硝酸を加える。
オ　鉄片に濃硝酸を加える。
カ　ナトリウムの小片を常温の水に入れる。

この問題で使うもの

金属のイオン化傾向と水・酸との反応（説明と入口の問題）
酸化力のある酸と不動態（説明と入口の問題）

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ヒント

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ヒント 1

金属のイオン化傾向の順と、酸化力のある酸（硝酸・熱濃硫酸）との反応の特徴を思い出そう。

ヒント 2

水素よりイオン化傾向の小さい金属は、希塩酸・希硫酸と反応しない。硝酸と金属が反応すると、発生する気体は水素ではなく窒素酸化物になる。また、鉄・ニッケル・アルミニウムは濃硝酸で不動態になる。

ヒント 3

硝酸を使っているエ・オはどちらも水素が発生しない。アは銅が水素よりイオン化傾向が小さいことから判断できる。残りのイ・ウ・カについて、それぞれの金属が水や酸と反応するかを確かめよう。

答えと解説

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イ, ウ, カ

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解説を読む

金属のイオン化傾向は
$Li > K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > (H_{2}) > Cu > Hg > Ag > Pt > Au$
の順である。

イ（水素が発生する）：亜鉛は水素よりイオン化傾向が大きいので、希塩酸の $H^{+}$ を還元して水素を発生させる。 $Zn + 2HCl \to ZnC l_{2} + H_{2}$
ウ（水素が発生する）：マグネシウムは常温の水とはほとんど反応しないが、熱水とは反応して水素を発生させる。 $Mg + 2 H_{2} O \to Mg (OH)_{2} + H_{2}$
カ（水素が発生する）：ナトリウムはイオン化傾向が非常に大きく、常温の水と激しく反応して水素を発生させる。 $2Na + 2 H_{2} O \to 2NaOH + H_{2}$

水素が発生しないもの
- ア：銅は水素よりイオン化傾向が小さいので、希硫酸（酸化力のない酸）とは反応しない。
- エ：銅は濃硝酸のような酸化力のある酸には溶けるが、このとき発生する気体は水素ではなく二酸化窒素である。 $Cu + 4HN O_{3} \to Cu (N O_{3})_{2} + 2 H_{2} O + 2N O_{2}$ （硝酸では、 $H^{+}$ ではなく $N O_{3}^{-}$ が酸化剤としてはたらく）
- オ：鉄は濃硝酸に入れると表面に緻密な酸化被膜ができて不動態となり、内部が保護されて溶けない。水素は発生しない。

したがって、水素が発生するのは イ, ウ, カ である。

別解

ア: Cu は水素よりイオン化傾向が小さく、希硫酸とは反応しない。発生なし。
イ: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2。水素が発生する。
ウ: Mg は冷水とはほとんど反応しないが、熱水とは Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2 で水素を発生する。
エ: Cu + 4HNO3(濃) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O。発生するのは二酸化窒素。
オ: 鉄は濃硝酸中で不動態をつくり、ほとんど反応しない。
カ: 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2。水素が発生する。
よって水素が発生するのはイ、ウ、カ。

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- ア　硫酸酸性のヨウ化カリウム水溶液に過酸化水素水を加えると、ヨウ素が生じて溶液が褐色になる。このとき、過酸化水素は酸化剤としてはたらいている。
- イ　硫酸酸性の過マンガン酸カリウム水溶液に二酸化硫黄を通じると、水溶液の赤紫色が消える。このとき、二酸化硫黄は還元剤としてはたらいている。
- ウ　硫化水素の水溶液に二酸化硫黄を通じると、硫黄の単体が生じて溶液が白く濁る。このとき、二酸化硫黄は酸化剤としてはたらいている。
- エ　二酸化硫黄は、色素などの物質を漂白するはたらきをもつ。この漂白作用は、主に二酸化硫黄の酸化作用によるものである。
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「鉛蓄電池を放電させると、（ a ）の表面に水に溶けにくい硫酸鉛(II) $PbS O_{4}$ が生じる。また、放電にともなって電解液の密度は（ b ）。」

	a	b
ア	負極だけ	大きくなる
イ	正極だけ	小さくなる
ウ	正極と負極の両方	大きくなる
エ	負極だけ	小さくなる
オ	正極と負極の両方	小さくなる
カ	正極だけ	大きくなる