ダニエル電池の酸化還元反応

イントロ

離れた場所で酸化と還元をつなぐ

電子は亜鉛負極から銅正極へ

このでは、Znが電子を出し、Cu²⁺が受け取ります。二つの反応を離して進め、外部へ電気を取り出します。

定義

とは、亜鉛の酸化と銅イオンの還元から電気を取り出す電池です。
イメージすると: が大きいZn側ではが起こり、からへを出します。Cu側のではCu²⁺のが起こります。

公式

各極の半反応

放電中のの極性、、物質変化を極ごとに読みます。

負極・酸化

Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻

Zn側のの原子がの中のZn²⁺となり、2個をへ出します。

負極放電中に電子を外部回路へ送り出す極

使うときのコツ

Zn側は酸化で、のは減る方向です。

正極・還元

Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)

Cu²⁺が電子を受け取り、Cu側の上へのCuとして析出します。

正極放電中に外部回路から電子を受け取る極

使うときのコツ

Cu側は還元で、のは増える方向です。

解くコツ

の→する極→の出発点→する極、の順に判断します。

公式

電子を消去した全体反応

二つの半反応は電子2個でつながります。

全体反応

Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)

電子2個を消去した全体の酸化還元反応です。

e⁻の向き外部回路でZn電極からCu電極

使うときのコツ

左右の原子数と電荷合計+2が一致します。

解くコツ

半反応式の電子数をそろえて足し、電子を消去してから原子数と電荷を検算します。

亜鉛負極と銅正極、外部回路を亜鉛から銅へ流れる電子、塩橋のイオン移動を示すダニエル電池図 — Zn側を負極・酸化、Cu側を正極・還元と明記し、は上の導線をZn→Cuへ流します。はの移動での偏りを抑えます。

手順

電池図を読む手順

1
二つのをで比較し、を出すZn側を決める
2
Zn側へ負極・酸化、Cu側へ正極・還元と対応させる
3
電子の矢印を外部回路でZnからCuへ描く
4
各極のを書き、電子2個をそろえて全体式を作る
5
イオン移動で電荷の偏りを抑える部分をと説明する

比較

項目	Zn側	Cu側
放電時の極	負極	正極
反応	酸化	還元
半反応	Zn→Zn²⁺+2e⁻	Cu²⁺+2e⁻→Cu
電極質量	減る方向	増える方向

項目放電時の極

Zn側: 負極
Cu側: 正極

項目反応

Zn側: 酸化
Cu側: 還元

項目半反応

Zn側: Zn→Zn²⁺+2e⁻
Cu側: Cu²⁺+2e⁻→Cu

項目電極質量

Zn側: 減る方向
Cu側: 増える方向

『負極だから還元』ではありません。ダニエル電池の放電では負極Znが酸化、正極Cuが還元です。

例

場面: でZn 0.100 molがZn²⁺へ酸化された。Cu²⁺の減少量と析出するCuのを求める。Cuのモル質量は63.5 g/molとする。
順に考えると: 両半反応は電子2個で対応し、全体式のZn:Cu²⁺:Cuは1:1:1です。したがってCu²⁺は0.100 mol減り、Cuは0.100 mol析出します。質量は0.100 mol×63.5 g/mol=6.35 gです。
ここが結論: Cu²⁺は0.100 mol減少し、Cu 6.35 gが析出します。Zn側とCu側の電子数も各0.200 mol分です。

注意

電子は塩橋を通らない

確認

確認テスト

Q1

放電中のについて正しい組合せはどれですか。

まとめ

1
Zn側は負極で酸化、Cu側は正極で還元
2
電子は外部回路をZn電極からCu電極へ流れる
3
塩橋はイオン移動で溶液の電荷の偏りを抑える
4
化学基礎ではダニエル電池の反応までとし、実用電池・電気分解へ越境しない