硫酸で酸性にした水溶液中で、二クロム酸イオン は酸化剤としてはたらき、クロム(III)イオン に変化する。
この変化を、電子 と ・ を用いた電子を含むイオン反応式（半反応式）で表したとき、 が受け取る電子は何 か。整数で答えよ。
酸化還元と電池・電気分解
扱うテーマ: 酸化数と酸化還元反応の量的関係（酸化還元滴定）、電池の起電力と電極での変化、電気分解とファラデーの法則
難易度の目安（高校化学）
- 難易度 1 教科書の例題レベル
- 難易度 2 教科書の章末問題レベル
- 難易度 3 共通テストレベル
- 難易度 4 国公立二次の標準レベル
- 難易度 5 難関大の二次レベル
電気分解の装置に、 の一定の電流を 32 分 10 秒間流した。このとき流れた電子の物質量は何 か。ファラデー定数を とし、有効数字 2 桁で答えよ。
硫酸で酸性にした水溶液中で、二クロム酸イオン は酸化剤として、鉄(II)イオン は還元剤として、それぞれ次のようにはたらく。
と過不足なく反応する は何 か。有効数字 2 桁で答えよ。白金電極を用いて硝酸銀 水溶液を電気分解したところ、電子が 流れた。陰極では次の反応だけが起こったものとする。
このとき陰極に析出した銀の質量は何 か。原子量は とし、有効数字 2 桁で答えよ。ダニエル電池を放電させたところ、導線を電子が 流れた。負極では次の反応だけが起こったものとする。
この放電で、負極の亜鉛板の質量は何 減少したか。原子量は とし、有効数字 2 桁で答えよ。濃度のわからないシュウ酸 水溶液 をコニカルビーカーにとり、希硫酸を加えて温めてから、 の過マンガン酸カリウム 水溶液で滴定したところ、終点までに を要した。このとき、過マンガン酸イオンとシュウ酸はそれぞれ次のようにはたらく。
シュウ酸水溶液のモル濃度は何 か。有効数字 2 桁で答えよ。白金電極を入れた硝酸銀 水溶液の電解槽 A と、白金電極を入れた硫酸銅(II) 水溶液の電解槽 B を直列につなぎ、一定の電流を流して電気分解した。各電解槽の陰極では、それぞれ次の反応だけが起こったものとする。
電解槽 A の陰極に銀が 析出したとき、電解槽 B の陰極に析出した銅の質量は何 か。原子量は 、 とし、有効数字 2 桁で答えよ。電解槽を陽イオン交換膜（陽イオンだけを通す膜）で陽極室と陰極室に仕切り、陽極室には塩化ナトリウム水溶液を、陰極室には の水酸化ナトリウム水溶液 を入れた。陽極に炭素電極、陰極に鉄電極を用いて、 の電流を 秒間流して電気分解した。
各電極では次の反応だけが起こるものとする。
陽極室で が消費された分だけ余った が、陽イオン交換膜を通って陰極室へ移動し、両室の電気的なつり合いが保たれるものとする。ファラデー定数を とし、陰極室の水溶液の体積は電気分解の前後で変わらないものとする。電気分解後の陰極室の水酸化ナトリウムのモル濃度は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。
質量パーセント濃度 の希硫酸 を電解液とする鉛蓄電池を放電させたところ、電子 が流れた。放電のときの電池全体の反応は次の式で表される。
この反応では、電子 が流れるごとに が 消費され、 が 生成する。原子量を 、、 とし、生じた はすべて電極に付着して電解液には含まれず、水の蒸発は無視できるものとする。放電後の電解液の硫酸の質量パーセント濃度は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。
リン酸形の水素–酸素燃料電池を一定の電圧 で放電させたところ、水素 が消費された。負極では次の反応が起こる。
また、水素の燃焼は次の式で表される。ファラデー定数を とし、消費された水素はすべて電池の反応に使われたものとする。取り出した電気エネルギーは、消費された水素を燃焼させたときに発生する熱量の何 にあたるか。有効数字 2 桁で求めよ。
酸化マンガン(IV) を含む試料に、硫酸酸性で のシュウ酸 水溶液 （過剰量）を加えて温め、試料中の をすべて反応させた。次に、残ったシュウ酸を の過マンガン酸カリウム 水溶液で滴定したところ、終点までに を要した。
それぞれの物質は次のように反応する。
原子量を 、 とし、試料中で 以外の物質はシュウ酸とも過マンガン酸カリウムとも反応しないものとする。試料に含まれていた の質量は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。
白金電極を用いて、硫酸銅(II) 水溶液を の一定の電流で 32 分 10 秒間電気分解した。このとき陰極に析出した銅の質量は何 g か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、ファラデー定数を 、Cu の原子量を とする。また、電気分解の間、水溶液中の はなくならず、流れた電流はすべて電極での反応に使われ、陰極では銅の析出だけが起こるものとする。
濃度のわからない硫酸鉄(II) 水溶液 をコニカルビーカーにとり、希硫酸を加えて酸性にしたのち、 の過マンガン酸カリウム 水溶液で滴定したところ、終点までに を要した。
この硫酸鉄(II) 水溶液中の鉄(II)イオン のモル濃度は何 mol/L か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、酸性溶液中で過マンガン酸イオンと鉄(II)イオンはそれぞれ次のようにはたらくものとし、鉄(II)イオンは空気中の酸素で酸化されないものとする。
白金電極を用いて硝酸銀 水溶液を の一定の電流で電気分解し、陰極に銀を 析出させたい。電流を流す時間は何秒か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、ファラデー定数は とする。流れた電流はすべて銀の析出と陽極での反応に使われ、電気分解の途中で水溶液中の銀イオンがなくなることはないものとする。
濃度のわからない過マンガン酸カリウム 水溶液の濃度を決めるために、 のシュウ酸 水溶液 をコニカルビーカーにとり、希硫酸を加えて約 に温めながら、この過マンガン酸カリウム水溶液で滴定した。終点までに を要した。
この過マンガン酸カリウム水溶液のモル濃度は何 mol/L か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、硫酸酸性の溶液中で過マンガン酸イオンとシュウ酸はそれぞれ次のようにはたらくものとする。
亜鉛板を硫酸亜鉛 水溶液に、銅板を硫酸銅(II) 水溶液に浸し、両方の水溶液を素焼き板で仕切ってダニエル電池をつくった。亜鉛板と銅板を導線でつないでしばらく放電させたところ、銅板の質量が 増加した。このとき、亜鉛板の質量は何 g 減少したか。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、 とする。電極で起こる反応は電池としての反応だけであり、亜鉛板の上に銅が析出することはないものとする。
濃度のわからないヨウ素 の水溶液（ヨウ化カリウムを含む） をコニカルビーカーにとり、 のチオ硫酸ナトリウム 水溶液で滴定した。溶液の色がうすい黄色になったところでデンプン水溶液を加え、さらに滴定を続けたところ、青紫色が消えた点（終点）までに、チオ硫酸ナトリウム水溶液を合計 要した。
この水溶液中のヨウ素のモル濃度は何 mol/L か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、ヨウ素とチオ硫酸イオンはそれぞれ次のようにはたらくものとし、ヨウ素は滴定中に揮発しないものとする。
白金電極を用いて水酸化ナトリウム 水溶液を の一定の電流で 1 時間 4 分 20 秒間電気分解した。このとき陽極で発生した気体の体積は、標準状態（、）で何 L か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、ファラデー定数は 、標準状態の気体 1 mol の体積は とする。流れた電流はすべて電気分解に使われ、発生した気体は水に溶けず、理想気体とみなせるものとする。
二酸化硫黄 を溶かした水溶液 をコニカルビーカーにとり、デンプン水溶液を数滴加えたのち、 のヨウ素 水溶液（ヨウ化カリウムを含む）で滴定した。溶液がうすい青紫色に色づいて消えなくなった点（終点）までに、ヨウ素水溶液を 要した。
この水溶液中の二酸化硫黄のモル濃度は何 mol/L か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、二酸化硫黄とヨウ素はそれぞれ次のようにはたらくものとし、滴定中に二酸化硫黄が空気中に逃げたり、空気中の酸素で酸化されたりすることはないものとする。
陽極に炭素電極、陰極に鉄電極を用いて、塩化ナトリウム 水溶液を の一定の電流で電気分解した。陰極で発生した水素 の体積が、、 で になったとき、電気分解を行った時間は何分か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、ファラデー定数は 、、 における気体のモル体積は とする。流れた電流はすべて電気分解に使われ、陰極では水素だけが発生し、発生した水素は水に溶けないものとする。
濃度のわからない過マンガン酸カリウム 水溶液の濃度を求めるため、 のシュウ酸 水溶液 をホールピペットでコニカルビーカーにとり、希硫酸を加えて温めながら、この過マンガン酸カリウム水溶液で滴定した。終点までに過マンガン酸カリウム水溶液を 要したとき、過マンガン酸カリウム水溶液のモル濃度は何 mol/L か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、酸性水溶液中で過マンガン酸イオンとシュウ酸はそれぞれ次のようにはたらくものとする。
電解液にリン酸水溶液を用い、負極に水素 、正極に酸素 を供給する燃料電池がある。この燃料電池を の一定の電流で 32 分 10 秒間放電させた。このとき、正極で生成した水 の質量は何 g か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、、ファラデー定数は とする。流れた電流はすべて電極での反応によるものとし、水素と酸素は十分に供給されているものとする。
濃度のわからない過酸化水素水 がある。この過酸化水素水 をホールピペットではかりとってメスフラスコに入れ、純水を加えて正確に にした。このうすめた水溶液 をコニカルビーカーにとり、十分な量の希硫酸を加えて酸性にしたのち、濃度 の過マンガン酸カリウム 水溶液で滴定したところ、 加えたところで水溶液の赤紫色が消えなくなった。
硫酸酸性での と のはたらきは、次の電子を含むイオン反応式で表される。
もとの（うすめる前の）過酸化水素水のモル濃度は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、 は とだけ反応し、滴定中に分解しないものとする。
電解槽 A には硝酸銀 水溶液を、電解槽 B には希硫酸 を入れ、どちらにも白金電極を用いた。電解槽 A と B を直列につないで一定の電流を流し、電気分解を行ったところ、電解槽 A の陰極に銀が 析出した。このとき、電解槽 B の陽極と陰極で発生した気体の体積の合計は、標準状態（、）で何 mL か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、原子量は とし、標準状態の気体 1 mol の体積は とする。流れた電流はすべて電気分解に使われ、発生した気体は水に溶けず、理想気体とみなせるものとする。
素焼き板で仕切った容器の一方に の硫酸亜鉛 水溶液 と亜鉛板を、もう一方に の硫酸銅(II) 水溶液 と銅板を入れて、ダニエル電池をつくった。この電池を外部の回路につなぎ、 の一定の電流で 96 分 30 秒間放電させた。
放電後の硫酸銅(II) 水溶液中の銅(II)イオン のモル濃度は何 mol/L か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、ファラデー定数は とする。流れた電流はすべて電極での反応に使われ、素焼き板を通って移動するイオンは硫酸イオン だけとする。水溶液の体積は変化しないものとする。
陽イオン交換膜で仕切った電解槽の陽極側に飽和食塩水を、陰極側に の水酸化ナトリウム 水溶液 を入れ、陽極に炭素電極、陰極に鉄電極を用いて、 の一定の電流で 64 分 20 秒間電気分解した。
電気分解後の陰極側の水溶液中の水酸化ナトリウムのモル濃度は何 mol/L か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、ファラデー定数は とする。流れた電流はすべて電気分解に使われ、陽イオン交換膜は だけを通すものとする。陰極側の水溶液の体積は のまま変化しないものとし、発生した気体は水溶液に溶けないものとする。
電解槽 A には硝酸銀 水溶液を、電解槽 B には硫酸銅(II) 水溶液を入れ、どちらにも白金電極を用いた。電解槽 A と B を電源に対して並列につなぎ、電源から流れ出る電流を に保って 32 分 10 秒間電気分解したところ、電解槽 A の陰極に銀が 析出した。
このとき電解槽 B の陰極に析出した銅の質量は何 g か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、、ファラデー定数は とする。流れた電流はすべて電気分解に使われ、電気分解の途中で水溶液中の や がなくなることはないものとする。
不純物を含む硫酸鉄(II)七水和物 の試料 を純水に溶かし、メスフラスコを用いて正確に の水溶液とした。この水溶液 をホールピペットでコニカルビーカーにとり、希硫酸を加えて酸性にしたのち、 の過マンガン酸カリウム 水溶液で滴定したところ、終点までに を要した。
試料中の の質量パーセントは何 % か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、、、 とする。酸性水溶液中で過マンガン酸イオンと鉄(II)イオンはそれぞれ次のようにはたらき、試料中の不純物は過マンガン酸カリウムと反応しないものとする。また、滴定を始めるまでに鉄(II)イオンは空気中の酸素で酸化されないものとする。
負極に鉛 、正極に酸化鉛(IV) 、電解液に質量パーセント濃度 の希硫酸 を用いた鉛蓄電池がある。この鉛蓄電池を の一定の電流で 5 時間 21 分 40 秒間放電させた。
放電後の電解液の硫酸の質量パーセント濃度は何 % か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、原子量は , , 、ファラデー定数は とする。放電中、両極で生じる硫酸鉛(II) はすべて電極に付着し、電解液に溶けないものとする。また、流れた電流はすべて電池の反応に使われ、水の蒸発は無視する。
酸化マンガン(IV) を含む試料 に、 のシュウ酸 水溶液 と十分な量の希硫酸を加えて加熱し、試料中の をすべて反応させた。このとき起こる反応は次のとおりである。
反応後に残ったシュウ酸を、温めながら の過マンガン酸カリウム 水溶液で滴定したところ、終点までに を要した。試料中の の質量パーセントは何 % か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、 とする。試料中の 以外の成分はシュウ酸とも過マンガン酸カリウムとも反応せず、シュウ酸は空気中の酸素などで失われないものとする。
電解液にリン酸水溶液を用いた水素–酸素燃料電池がある。この燃料電池では、負極に水素、正極に酸素が供給され、次の反応が起こる。
この燃料電池を、 の一定の電流で 80 分 25 秒間放電させた。放電中の電池の電圧は で一定であった。放電中に消費された水素がもつ燃焼熱のうち、電気エネルギーとして取り出された割合は何 % か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、ファラデー定数は 、水素の燃焼熱は （生成する水は液体）とする。取り出された電気エネルギー [J] は、電圧 [V] と流れた電気量 [C] の積で表されるものとする。供給された水素は、すべて負極の反応にだけ使われたものとする。
リチウムイオン電池の正極には、コバルト酸リチウム が用いられる。充電のとき、正極では次の反応が起こり、リチウムイオンが正極から抜け出す。
放電のときはこの逆の反応が起こる。ある電池では、正極に が 含まれており、充電によって まで反応させることができる。だけからなる状態（）から まで充電したこの電池を、 の一定の電流で、正極がふたたび （）に戻るまで放電させた。放電できる時間は何時間か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、、、ファラデー定数は とする。流れた電流はすべて正極と負極での上の反応に使われ、正極の容量が放電時間を決めるものとする。
電解液に水酸化カリウム 水溶液を用いたアルカリ形の水素–酸素燃料電池がある。この燃料電池では、負極に水素、正極に酸素が供給され、次の反応が起こる。
はじめ、電解液は質量パーセント濃度 の水酸化カリウム水溶液 であった。この燃料電池を の一定の電流で 3 時間 13 分間放電させた。放電後の電解液の水酸化カリウムの質量パーセント濃度は何 % か。有効数字 3 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、、ファラデー定数は とする。流れた電流はすべて上の反応に使われ、生じた水はすべて電解液に加わるものとする。水の蒸発や、水素・酸素の電解液への溶解は無視する。
電解槽 A と電解槽 B を直列につなぎ、一定の電流を流して電気分解を行った。電解槽 A には の硫酸銅(II) 水溶液 を入れ、両極に白金電極を用いた。電解槽 B には十分な量の硝酸銀 水溶液を入れ、両極に白金電極を用いた。電気分解を終えたところ、電解槽 B の陰極に銀が 析出していた。
このとき、電解槽 A の陽極と陰極で発生した気体の体積の合計は、、 で何 mL か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、原子量は とし、、 における気体のモル体積は とする。流れた電流はすべて電気分解に使われ、発生した気体は水に溶けず、理想気体とみなせるものとする。また、電解槽 A の陰極では、溶液中の銅(II)イオンがすべて析出するまでは銅だけが析出し、その後は水素だけが発生するものとする。
素焼き板で 2 つに仕切った容器の一方に の硫酸亜鉛 水溶液 を入れて亜鉛板を浸し、もう一方に の硫酸銅(II) 水溶液 を入れて銅板を浸して、ダニエル電池をつくった。この電池を外部の回路につなぎ、 の一定の電流で放電させた。
放電を始めてから、亜鉛イオン のモル濃度と銅(II)イオン のモル濃度が等しくなるまでの時間は何時間か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、ファラデー定数は とする。素焼き板を通って移動するイオンは硫酸イオンだけとし、放電による水溶液の体積変化は無視する。流れた電流はすべて電極での反応によるものとし、亜鉛板は十分な量があるものとする。
条件に合う問題はありません。