中3化学【塩酸の電気分解】

このページでは、塩酸の電気分解を例に「電気分解の原理とは」「陽極や陰極ではどのような変化が起こるのか？」を解説しています。

※できれば→【イオンとは】←や→【電離・電解質】←も参考に。

※塩化銅水溶液の電気分解の原理は→【塩化銅水溶液の電気分解】←を参考に。

※水の電気分解の原理は→【水の電気分解】←を参考に。

 

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1．塩酸の電気分解

■分解

1つの物質が2つ以上の物質に変化する化学変化。

 

 

 

■電気分解

電気を通すことで行う分解。

電気エネルギーを化学エネルギーに変換している。

 

 

 

■塩酸

水に塩化水素(塩酸の溶質)を溶かした水溶液。

塩化水素は次のように電離する。

・ HCl → H^＋ ＋ Cl^－

 

 

■塩酸の電気分解

(反応の様子)　塩化水素 → 水素 ＋ 塩素

(化学反応式)　2HCl → H₂ + Cl₂

 

 

2．塩酸の電気分解の仕組み

■陽極・陰極

電源の＋極からつながっている電極が陽極。

電源の－極からつながっている電極が陰極。

 

電極には他の物質と反応しにくい炭素や白金を用いることが多い。

 

 

 

 

 

①容器に塩酸を入れる

塩酸とは水に塩化水素が溶けた水溶液です。

塩化水素は電解質なので、水素イオンと塩化物イオンに電離しています。

(↓の図のように)

 

 

 

②電流が流れだす

電源装置をつなぐと電流が流れ出しますね。

下の矢印の向きに電流が流れ出します。

 

 

 

③電子の流れ

電流の正体は電子の流れです。
しかし電流の流れは電子の流れと反対向きでしたね。(↓の図)

電源装置は電子を動かす役目をします。

 

そのためには陽極で誰かから電子をもらう必要があります。

 

 

 

④陽極での変化

誰から電子をもらうのがいいでしょうか？

 

この容器の中で電子を多くもっているのは塩化物イオンCl^－です。

塩化物イオンCl^－は、塩素原子が電子を得てできたもの。

(よくわからない人は→【イオンとは】←を読んでみてください。)

 

 

塩化物イオンは陽極に近づき、多く持っている電子を渡します(陽極に電子を渡す)。

塩化物イオンは電子を失うことで塩素原子となります。(↓の図)

 

その塩素原子が2つ結びつくと塩素の気体Cl₂となります。

このように陽極側では塩素の気体が発生するのです。(↓の図)

 

 

⑤電子の移動

陽極には塩化物イオンが渡してくれた電子がありますね。(↓の図)

この電子は電源装置のはたらきによって陰極に運ばれます。(↓の図)

放っておくと、陰極には電子はどんどんたまっていくばかりです。
この電子を誰かに持って行ってもらう必要があります。

 

 

⑤陰極での変化

陰極にたまった電子をもらうのが水素イオンH^＋です。

 

水素イオンH^＋は、本来の水素原子が電子を失ってできたもの。

ちょうど電子が足りてない・・・という状態なわけです。

 

そこで水素イオンは陰極に近づき電子を得ます(陰極からもらう)。

そうすることで水素イオンは電子を得て水素原子となります。(↓の図)

この水素原子が2つ結びつくと水素の気体H₂となります。

このように陰極側では水素の気体が発生するのです。

 

 

⑥まとめ

【陽極で起こったこと】

・塩化物イオンが近づき電子を失った。(塩素の気体が発生)

・式で書くと　2Cl^－ → Cl₂ ＋ 2e^－

※e^–は電子のことです。

 

 

 

【陰極で起こったこと】

・水素イオンが近づき電子を得た。(水素の気体が発生)

・式で書くと　2H^＋ + 2e^ー → H₂

 

 

 

【全体として】

・塩酸中の塩化水素が塩素の気体と水素の気体へと変化した。

・化学反応式で書くと　2HCl → H₂ + Cl₂

・液中の塩化水素(溶質)のみが減少するので塩酸の濃度は下がっていく。

 

 

このように、電源装置が無理やり電子を動かします。

それに伴って

塩化物イオンCl^－は電子を失い、水素イオンH^＋が電子を得る

ことになります。

そして塩化物イオンは塩素原子になり、水素イオンは水素原子になります。

これが電気分解の基本原理です。

 

 

3．塩素の性質

■塩素の性質

・黄緑色の気体

・プールの消毒のようなにおいがある

・脱色作用がある・・・赤インクを近づけると色が抜ける

・水に溶ける・・・実は、電気分解の実験では塩素は集まりにくい

・空気より重い

・水に溶けると酸性