酸化還元と電池・電気分解（知識）の問題

難易度 1教科書の例題レベル高校化学酸化還元と電池・電気分解（知識）

硫酸銅(II) $CuS O_{4}$ 水溶液に 2 本の白金電極を入れ、直流電源につないで電気分解を行った。このとき、陰極の表面には赤色の金属が析出し、陽極からは気体が発生した。

陽極から発生した気体の物質名を答えよ。

この問題で使うもの

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ヒント 1

技能「水溶液の電気分解の電極反応」を使います。陽極では酸化が起こります。電極の種類と、水溶液中の陰イオンの種類に注目しましょう。

ヒント 2

白金電極は溶け出しません。また、 $S O_{4}^{2 -}$ は酸化されにくいので、陽極ではかわりに水分子が電子を失います。

ヒント 3

陽極で起こる反応は、水 $H_{2} O$ が電子を失って $H^{+}$ と気体を生じる反応です。 $2 H_{2} O \to () + 4 H^{+} + 4 e^{-}$ の空欄に入る気体を考えましょう。

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酸素

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解説を読む

手順 1: 水溶液中のイオンと電極の種類を確かめる。

$CuS O_{4}$ 水溶液中には $C u^{2 +}$ と $S O_{4}^{2 -}$ があり、ほかに水 $H_{2} O$ がある。電極は白金で、白金は電気分解でほとんど変化しない（溶け出さない）電極である。

手順 2: 陽極（酸化が起こる）の反応を判定する。

陽極では、陰イオンまたは水が電子を失う酸化が起こる。 $S O_{4}^{2 -}$ や $N O_{3}^{-}$ は酸化されにくいので、代わりに水が酸化される。
$2 H_{2} O \to O_{2} + 4 H^{+} + 4 e^{-}$
よって、陽極から発生する気体は酸素である。

（参考: 陰極（還元が起こる）では、イオン化傾向の小さい $C u^{2 +}$ が還元されて $C u^{2 +} + 2 e^{-} \to Cu$ となり、赤色の銅が析出する。）

似た場合との違い

水溶液中に $C l^{-}$ がある場合（例: $CuC l_{2}$ 水溶液）は、陽極で $2 C l^{-} \to C l_{2} + 2 e^{-}$ が起こり、塩素が発生する。
陽極が銅や銀などの場合は、電極そのものが溶け出し、気体は発生しない。

今回は陰イオンが $S O_{4}^{2 -}$ で、電極が白金なので、水が酸化されて酸素が発生する。

別解

CuSO4 水溶液を白金電極で電気分解すると、陰極では Cu^2+ + 2e^- → Cu（赤色の銅が析出）。陽極では SO4^2- は酸化されにくく、水が酸化されて 2H2O → O2 + 4H+ + 4e^- の反応が起こり、酸素が発生する。

AI が作成した問題です。公開前に次の確認を行いました。

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