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5分で解ける!化学反応とエネルギー(テスト5、第2問)に関する問題

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この動画の問題と解説

問題
一緒に解いてみよう

演習2

高校化学 化学反応とエネルギー25 ポイント2 答えなし

解説
これでわかる!

問題の解説授業

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演習2も、 電気分解に関する計算問題 です。

高校化学 化学反応とエネルギー25 ポイント2 答えなし

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まずは、問題の内容を理解しましょう。
この問題では、白金電極を用いて、塩化ナトリウム水溶液を電気分解しています。
わかっているのは、流した電流の大きさと時間、ファラデー定数ですね。
これらの情報から、 陽極で発生した気体 の体積を求めましょう。

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どのようにして計算を進めていけばよいかわかりますか?
簡単にまとめると、次のような流れになります。
  電流〔A〕と時間〔s〕⇒電気量〔C〕⇒電子の物質量〔mol〕
   ⇒気体の物質量〔mol〕⇒気体の体積〔L〕

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少し大変そうですが、順番に見ていきましょう。
ポイントは、電子の物質量から気体の物質量を求めることです。

電流〔A〕と時間〔s〕⇒電気量〔C〕

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まずは、 電気量 を求めます。
電気量の式は、次のようになっていました。
 電気量〔C〕=電流〔A〕×時間〔s〕

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今回は、10.0Aの電流で16分5秒電気分解しています。
16分5秒は、965秒ですね。
つまり、流れた電気量は次のようになります。
 10.0A×965s= 9650C
よって、流れた電気量は 9650C です。

電気量〔C〕⇒電子の物質量〔mol〕

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次に、電気量を 電子の物質量 に変換しましょう。
その際に使うのは、 ファラデー定数 でしたね。
ファラデー定数F=96500Cより、電子の物質量は次のようになります。
 9650/96500= 0.1mol
よって、流れた電子の物質量は、 0.1mol です。

電子の物質量〔mol〕⇒気体の物質量〔mol〕

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ここまでの計算で、流れた電子の物質量がわかりました。
次に、 発生した気体 に注目しましょう。

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まず、今回は塩化ナトリウム水溶液NaClaqの電気分解を行っています。
陽極では、電子を奪う反応が起こるのでしたね。
今回の場合は、塩化物イオンから 塩素 が発生します。
反応式は、次のようになります。
  2Cl-→Cl2+2e-

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ここから、電子と塩素の物質量の関係がわかります。
  発生した塩素の物質量:流れた電子の物質量=1mol:2mol
よって、0.1molの電子が流れたときに、発生した塩素の物質量は、次のようになります。
 1mol:2mol= 0.05mol :1mol
よって、発生した塩素の物質量は、 0.05mol です。

気体の物質量〔mol〕⇒気体の体積〔L〕

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最後に、 塩素の体積 を求めましょう。
標準状態における体積は、1molあたり22.4Lでしたね。
 22.4L×0.05mol= 1.12L
有効数字2桁で答える問題なので、答えは 1.1L となります。

高校化学 化学反応とエネルギー25 ポイント2 答えあり
化学反応とエネルギー(テスト5、第2問)
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