高校化学の電解や電池、燃料電池に関する問題は、文章理解だけでなく計算力も必要です。この記事では、典型的な10問の問題を例に、正しい解法と考え方を丁寧に解説します。これを読めば、電解精錬、電池の陽極・陰極、電子の物質量計算、燃料電池の仕組みまで理解できるようになります。
1. 電解・電解精錬・電解メッキ・溶融塩電解の確認
- ①イオン交換膜法：誤り。イオン交換膜法は電解質溶液中で陽イオンのみを通す膜を使う場合。
- ②電解精錬：正しい。陽極に純金属、陰極に不純物入り金属で純金を析出させる。
- ③電解メッキ：誤り。メッキしたい金属は陰極に接続する。
- ④溶融塩電解：正しい。イオン化傾向の大きい金属を融解した塩から単体を得る。
2. フッ化銀水溶液での電極反応
金(Au)正極、鉛(Pb)負極、フッ化銀水溶液の場合。
- 陽極：フッ素（F₂）発生
- 陰極：銀（Ag）析出
- 正解：⑤陽極：フッ素 陰極：銀
3. 電子の物質量の計算
式：n = Q / F
Q = I × t = 4.00A × (16×60 + 10)s = 4 × 970 = 3880 C
n = 3880 / (9.65×10⁴) ≈ 0.0402 mol → 有効数字三桁で0.0402
4. コージェネレーションシステム
燃料電池で発生する電気と熱の両方を利用するシステム。熱を暖房や給湯に活用することでエネルギー効率を高める。
5. 燃料電池の仕組み
燃料（H₂など）を酸化して電子を流し、酸素と反応させて水を生成する発電装置。化学エネルギーを直接電気に変換。
6. ニッケル析出の質量計算
反応式：Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni
電子量：0.040 mol → Niのmol = 0.040 / 2 = 0.020 mol
質量 = 0.020 × 59 = 1.18 g
7. アルミニウム析出に必要な時間
式：Q = n × z × F
1.0 kg = 1000 g → n = 1000 / 27 ≈ 37.037 mol
必要電子量 Q = 37.037 × 3 × 9.65×10⁴ ≈ 1.07×10⁷ C
I = 15 A → t = Q / I = 1.07×10⁷ / 15 ≈ 7.13×10⁵ s ≈ 198時間 → 分：11880分 → 秒：7.13×10⁵ s
8. レドックスフロー電池の誤り
- ①正しい
- ②正しい
- ③誤り。貴金属は使用されない場合も多い
- ④正しい
9. 硫酸銅水溶液での電極反応
Zn正極、Ag負極。
- 陽極：亜鉛(Zn²⁺化)
- 陰極：銅(Cu²⁺→Cu析出)
- 正解：④陽極：亜鉛 陰極：銅
10. 水酸化ナトリウム水溶液での電極反応
白金(Pt)正極、銅(Cu)負極。
- 陽極：酸素（OH⁻酸化）
- 陰極：水素（H₂O還元）
- 正解：①陽極：酸素 陰極：水素
まとめ
電解・電解精錬・電解メッキ・溶融塩電解、電池反応の正しい理解は、問題を正確に解く鍵です。電子の物質量計算やモル計算は、I×t/Fの式を使うと整理できます。燃料電池やレドックスフロー電池も基本原理を押さえることで応用問題に対応できます。
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