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電気分解２ CHECK11  電気分解　電解質の水溶液などに外部から電気エネルギーを与えて，強制的に酸化還元反応を起こさせること。電解ともいう。

暗記

陰極（-）外部電源の負極につないだ電極。電子が流れ込み，還元反応が起こる。

陽極（+）外部電源の正極につないだ電極。電子が流れ出し，酸化反応が起こる。

 CHECK12  電気分解における陰極と陽極での反応

陰極

水溶液中の陽イオン 電極での反応Li+，K+，Na+，Al3+などのイオン化傾向が大きい金属の陽イオンのみ存在する場合

2 H2O + 2 e-

H2 + 2 OH- 水素が発生H+（酸性の水溶液） 2 H+ + 2 e- H2

Cu2+や Ag+などのイオン化傾向が小さい金属の陽イオンが存在する場合

（例） Cu2+ + 2 e- Cu

　　 Ag+ + e- Ag

金属単体として析出

陽極

電極物質・水溶液中の陰イオン 電極での反応

陽極が白金や炭素の場合

Cl-や I-などのハロゲン化物イオン（F-を除く）が存在する場合

（例） 2 Cl- Cl2 + 2 e-

　　 2 I- I2 + 2 e-

ハロゲン単体が生成

SO42-や NO3

-などの酸化されにくい陰イオンのみが存在する場合

2 H2O

O2 + 4 H+ + 4 e-

酸素が発生

OH-（塩基性の水溶液）4 OH-

O2 + 2 H2O + 4 e-

陽極として，銅や銀など，白金・金以外の金属を使っている場合

（例） Cu Cu2+ + 2 e-

　　 Ag Ag+ + e- 陽極が溶解

※水溶液中に金属イオンが存在しない場合も，陰極では水（水素イオン）が還元される。※陽極における陰イオンの酸化のされやすさの順は，I->Br->Cl->H2O>NO3

-，SO42- である。

暗記

　実際に，炭素棒を電極に用いた CuCl2水溶液の電気分解における陰極と陽極での反応を，上の表を見ながら考えてみよう。電気分解の各極の反応を考えるときには，簡潔な図を描くとよい。このとき，陽極と陰極に用いた物質，電解液を明記すると，どのような反応が起こるか整理できる。また，電池の負極→陰極，正極→陽極の接続と電子の流れを明記しておけば，各極で起こる反応を逆にしてしまうといったミスを防ぐことができる。

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陰極 　電池の負極から電子が流れ込むので，還元反応が起こる。ここでは，Cu2+が還元され，単体の Cuが析出する。

　　　　　Cu2+ + 2 e- Cu

陽極 　電池の正極へと電子が流れ出るので，酸化反応が起こる。ここでは，Cl-が酸化され，単体の Cl2が発生する。　　　　　2 Cl- Cl2 + 2 e-

　陰極では最も還元されやすい物質が電子を受け取ること，逆に，陽極では最も酸化されやすい物質が電子を失うことを押さえておこう。

TRY3

　次の電気分解の陰極および陽極では，それぞれどのような反応が起こるか。電子 e-を含むイオン反応式で表せ。問 1　陰極に鉄，陽極に炭素を用いて塩化ナトリウム水溶液の電気分解を行う。問 2　各極に銀を用いて硝酸銀水溶液の電気分解を行う。問 3　各極に白金を用いて水酸化ナトリウム水溶液の電気分解を行う。

〔解答欄〕

問 1　陰極；　　　　　　　　　　　　　　　陽極；　　　　　　　　　　　　　

問 2　陰極；　　　　　　　　　　　　　　　陽極；　　　　　　　　　　　　　

問 3　陰極；　　　　　　　　　　　　　　　陽極；　　　　　　　　　　　　　

解　答

問 1　陰極の鉄，陽極の炭素は反応しない。塩化ナトリウムは水溶液中で電離してNa+，Cl-を生じる。陰極 　Na+は水溶液中では還元されず，水が還元される。

答　2 H2O + 2 e-　　 H2 + 2 OH-

陽極 　ハロゲン化物イオンの Cl-が酸化される。 答　2 Cl-　　 Cl2 + 2 e-

問 2　硝酸銀は水溶液中で電離して Ag+，NO3-を生じる。

陰極 　イオン化傾向の小さい Ag+が還元される。 答　Ag+ + e-　　 Ag

陽極 　電極に銀を用いているので，Agが酸化され，イオンとなって溶け出す。

答　Ag　　 Ag+ + e-

 CHECK12 

 CHECK12 

NO3-は水溶液中で安定であ

り酸化されにくい。

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問 3　各極の白金は反応しない。水酸化ナトリウムは水溶液中で電離してNa+，OH-を生じる。陰極 　Na+は水溶液中では還元されず，水が還元される。

答　2 H2O + 2 e-　　 H2 + 2 OH-

陽極 　水溶液中に多く存在する OH-が酸化され，酸素が発生する。

答　4 OH-　　 O2 + 2 H2O + 4 e-

 CHECK13  電気分解の量的関係　 1つの電解槽の陰極と陽極に流れる電子の物質量（または，電気量）は必ず等しい。また，陰極または陽極で変化する物質の量は，流れた電気量に比例する（ファラデーの法則）。　ところで，前ページで示した「CuCl2水溶液の電気分解における陰極と陽極での反応」は，次の通りであった。陰極 　Cu2+ + 2 e- Cu

陽極 　2 Cl- Cl2 + 2 e-

　 1つの電解槽の陰極と陽極に流れる電子の物質量は等しく，また，電子 e-を含むイオン反応式の係数から，各極で変化する物質の物質量の比を求めることができる。たとえば，この電解槽に2 molの電子が流れたとすると，陰極では 1 molの銅が析出し，陽極では 1 molの塩素が発生することになる。

 CHECK14  電気量

　　電気量 Q 〔C〕 = 電流 I 〔A〕 * 時間 t 〔s〕暗記

　 1 Aアンペア

の電流が 1秒（s）間流れたときの電気量が 1 Cクーロン

である。

 CHECK15  ファラデー定数F〔C/mol〕　　　　　F = 9.65 * 104 C/mol

　電子 1 mol当たりの電気量の大きさ。

TRY4

　白金電極を用いて硝酸銀水溶液の電気分解を行ったところ，陰極に 2.16 * 10-2 g の金属が析出した。次の問 1 ～問 3 に答えよ。ただし，原子量は Ag = 108，ファラデー定数は F =

9.65 * 104 C/mol とし，問 2，問 3 は有効数字 3桁で答えよ。問 1　陰極および陽極では，それぞれどのような反応が起こるか。電子 e-を含むイオン反応式で表せ。問 2　この電気分解で流れた電子の物質量は何 molか。また，流れた電気量は何 Cか。問 3　陽極で発生した気体の物質量は何 molか。また，その体積は標準状態では何 Lになるか。

 CHECK12 

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〔考え方〕

〔解答欄〕問 1　陰極；　　　　　　　　　　　　　　　　陽極；　　　　　　　　　　　　　　問 2　電子の物質量；　　　　　　　　　　　　電気量；　　　　　　　　　　問 3　気体の物質量；　　　　　　　　　　　　体積；　　　　　　　　　　

解　答

問 1　各極の白金は反応しない。硝酸銀は水溶液中で電離してAg+，NO3

-を生じる。陰極 　Ag+が電子を受け取り，Agが析出する。　　　　　答　Ag+ + e-　　 Ag　 ①　陽極 　水が電子を放出し，酸素が発生する。　　　　　答　2 H2O　　 O2 + 4 H+ + 4 e-　 ②　

問 2　陰極では，電子 1 molが流れると 1 molの Agが析出する。したがって，析出した Agの物質量と流れた電子の物質量は等しいから，次式が成り立つ。

　　　　2.16 * 10-2

108 = 2.00 * 10-4 〔mol〕

答　電子の物質量；2.00 * 10-4 mol

　電子 1 molがもつ電気量の値は，ファラデー定数に等しく

9.65 * 104 C である。したがって，求める電気量は　　　　9.65 * 104 * 2.00 * 10-4 = 19.3 〔C〕 答　電気量；19.3 C

問 3　陽極で発生する気体は酸素である。②式の係数より，電子

1 molが流れると 14

molの酸素が生じる。したがって，発生した

酸素の物質量を ≈ 〔mol〕とすると，次式が成り立つ。

　　　　1： 14

= 2.00 * 10-4：≈　　　∴　≈ = 5.00 * 10-5 〔mol〕

答　気体の物質量；5.00 * 10-5 mol

　標準状態での気体 1 molの体積は 22.4 Lであることから，求める体積は　　　　22.4 * 5.00 * 10-5 = 1.12 * 10-3 〔L〕 答　体積；1.12 * 10-3 L

 CHECK12 

 CHECK13 

 CHECK15 

 CHECK13 

（電子の物質量〔mol〕）：（酸素の物質量〔mol〕）

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TRY5

　ある直列回路に 0.80 Aの電流を 5時間21分40秒間流したとき，この回路に流れた電子の物質量は何 molか。有効数字 2桁で答えよ。ただし，ファラデー定数は F = 9.65 * 104 C/mol とする。

〔考え方〕

〔解答欄〕　　　　　　　　　　　

解　答

　 5時間21分40秒 = 5 * 60 * 60 + 21 * 60 + 40

　 = 1.93 * 104 〔秒〕　よって，流れた電子の物質量を n 〔mol〕とすると，次式が成り立つ。　　　　　n 〔mol〕 * 9.65 * 104 〔C/mol〕　　　　= 0.80 〔A〕 * 1.93 * 104 〔秒〕　　　∴　n = 0.16 〔mol〕 答　0.16 mol

 CHECK14 

 CHECK15 

　右図に示す通り，電池の負極と電気分解の陰極，電池の正極と電気分解の陽極では，酸化と還元が逆になっている。それぞれ似た名称で紛らわしいが，起こる反応は大きく異なるので，混同しないようにすること！　もう少し具体的にいうと・電池の負極では電子を放出する反応（酸化）が起こるが，電気分解の陰極では電子を受け取る反応（還元）が起こる。

・電池の正極では電子を受け取る反応（還元）が起こるが，電気分解の陽極では電子を放出する反応（酸化）が起こる。

正極と陽極，負極と陰極って，何が違うの？コラム