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電気分解の基本md 7d680c4
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電気分解の基本
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導入
この講義で最重要なのは、電気分解では、電源が電子を押し込んだり引き抜いたりして、自分では進みにくい酸化還元反応を無理に進めていることです。
電池では反応が自発的に進み、その電子移動を外部回路へ取り出しました。これに対して電気分解では、外部から電圧を加え、反応を逆向きに進めます。見分ける出発点はここでも半反応式です。
用語と定義
電気分解 とは、外部から電気エネルギーを与えて酸化還元反応を進める操作です。
陰極 とは、還元が起こる電極です。
陽極 とは、酸化が起こる電極です。
方針
まず候補になる半反応式を書きます。そのうえで、陰極では電子を受け取る還元、陽極では電子を出す酸化が起こることを使って、どの反応が起こるかを決めます。
直感的な説明
電池は「電子が流れたがる向き」を利用する装置です。電気分解はその逆で、「電子を無理に流して反応させる装置」です。だから電源が必要になります。
厳密な説明
1. 半反応式から始める
塩化銅水溶液で銅を析出させる例では、陰極で候補になる還元は
\mathrm{Cu^{2+}+2e^- \rightarrow Cu}
です。
陽極では塩化物イオンが酸化されるなら
\mathrm{2Cl^- \rightarrow Cl_2+2e^-}
です。
この 2 つを組み合わせると、
\mathrm{Cu^{2+}+2Cl^- \rightarrow Cu+Cl_2}
となります。
2. 陰極と陽極
陰極は電源から電子を受け取るので、還元が起こります。陽極は電子を電源へ渡すので、酸化が起こります。
3. 電池との違い
電池でも電気分解でも、「陽極で酸化、陰極で還元」は共通です。ただし、電池では反応が自発的で、電気分解では外部の電源が必要です。
見分け方
- 酸化還元を扱うなら、まず半反応式に分けます。
- 陰極では電子を受け取る式、陽極では電子を出す式を選びます。
- 電池と電気分解を混同したら、「電源が外から押しているか」を確認します。
- 酸化数は補助的な確認には使えますが、主手順は半反応式です。
最終形
\boxed{\text{陰極で還元,\quad 陽極で酸化}}
\boxed{\text{電気分解では外部電源が電子移動を押し進める}}
一言でいうと
- 電気分解は、半反応式で整理した酸化還元反応を、外部の電源で無理に進める操作です。