酸化還元と電池・電気分解（知識）の問題

難易度 2教科書の章末問題レベル高校化学酸化還元と電池・電気分解（知識）

塩化ナトリウム水溶液を炭素電極で電気分解すると、陰極ではナトリウムは析出せず、水が還元されて水素が発生する。そこで、ナトリウムやアルミニウムのようにイオン化傾向の大きい金属の単体を得るときには、その金属の塩化物や酸化物を高温にして液体にし、水を含まない状態で電気分解する。このとき、例えば塩化ナトリウムでは陰極で $N a^{+} + e^{-} \to Na$ の反応が起こり、ナトリウムの単体が得られる。

このように、塩や酸化物を加熱して液体にしたものを電気分解する方法を何というか。

この問題で使うもの

溶融塩電解とアルミニウムの製造（説明と入口の問題）
水溶液の電気分解の電極反応（説明と入口の問題）

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ヒント

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ヒント 1

水溶液の電気分解で、イオン化傾向の大きい金属のイオンが陰極で還元されない理由を考えよう。

ヒント 2

水がなければ、陰極では金属イオンが還元されるしかない。塩を加熱して融解させた液体を用いる。

ヒント 3

「塩を融解（溶融）させて電気分解する」という意味の用語である。漢字 5 文字で表される。

答えと解説

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溶融塩電解

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解説を読む

塩や酸化物を加熱して融解させ、水を含まない液体の状態で電気分解する方法を溶融塩電解（融解塩電解）という。

なぜ必要か
水溶液の電気分解では、陰極で還元されるのは「金属イオン」と「水（または $H^{+}$ ）」のうち還元されやすいほうである。 $L i^{+}$ , $K^{+}$ , $C a^{2 +}$ , $N a^{+}$ , $M g^{2 +}$ , $A l^{3 +}$ のようなイオン化傾向の大きい金属のイオンは還元されにくいので、水溶液では代わりに水が還元されて水素が発生する。
$2 H_{2} O + 2 e^{-} \to H_{2} + 2O H^{-}$
そこで、水を含まない融解した塩を電気分解すると、陰極で金属イオンが還元され、金属の単体が得られる。

塩化ナトリウムの溶融塩電解では
- 陰極： $N a^{+} + e^{-} \to Na$
- 陽極： $2C l^{-} \to C l_{2} + 2 e^{-}$

となる。アルミニウムは、酸化アルミニウム（アルミナ）を融解した氷晶石に溶かして溶融塩電解することで製造される。

似た用語との違い
- 電解精錬：粗銅を陽極、純銅を陰極にして硫酸銅(II)水溶液を電気分解するなど、不純物を含む金属から純度の高い金属を得る方法で、水溶液を用いる。
- 電気めっき：電気分解を利用して、陰極にした物体の表面に別の金属を析出させる方法である。

別解

水溶液では陰極で水が還元されて水素が発生し、イオン化傾向の大きい金属(Na、Alなど)は析出しない。そこで塩化物や酸化物を高温で融解して液体にし、水を含まない状態で電気分解する。この方法を溶融塩電解(融解塩電解)という。例えば塩化ナトリウムの溶融塩電解では陰極で Na^+ + e^- → Na によりナトリウムが得られ、アルミニウムではボーキサイトから得たアルミナを氷晶石に溶かして溶融塩電解する。

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