溶ける金属と、付着する金属
硫酸銅水溶液に亜鉛を入れると、亜鉛は電子を失って亜鉛イオンになり、銅イオンは電子を受け取って銅として付着します。金属の原子と、水中の金属イオンを反応前後で区別します。
原子が電子を失う / イオンが電子を受け取る
化学変化と電池 — 攻略せよ。
STAGE 03 / CHEMISTRY / 中3
金属の比較、二つの電極、外部回路を電子でつなぐ。
KEY POINTS
化学変化と電池・10のポイント
金属とイオンの変化から、電流を取り出すしくみをつなごう。
比較した結果から順序を決める
同じ条件でMg・Zn・Cuとそれぞれの硫酸塩水溶液を比べると、陽イオンになりやすさはMg、Zn、Cuの順です。付着した金属は液中のイオンに由来します。反応する組合せと、逆の組合せの結果を根拠にします。
なりやすい：Mg → Zn → Cu：なりにくい
電池は化学変化から電流を取り出す
化学電池は、物質がもつ化学エネルギーを電気エネルギーに変える装置です。電解質水溶液と異なる金属などを使い、外部回路から電流を取り出します。装置が作動するかは、薬品・電極・接続などの条件も確かめます。
化学エネルギー → 電気エネルギー
ダニエル電池の組合せ
硫酸亜鉛水溶液に亜鉛板、硫酸銅水溶液に銅板を入れ、二つの液をセロハン膜などで仕切ります。亜鉛板が負極、銅板が正極です。左右の位置が変わっても、同じ金属と水溶液の組合せなら役割は変わりません。
負極：Znと硫酸亜鉛 / 正極：Cuと硫酸銅
負極の亜鉛は電子を送り出す
亜鉛原子は電子2個を失ってZn²＋になり、液中へ溶け出します。放出された電子は亜鉛板から外部導線へ移動します。負極という電極の名称と、できた亜鉛イオンが正の電気を帯びることは別です。
Zn → Zn²＋ ＋ 電子2個
正極では銅イオンが電子を受け取る
外部導線から届いた電子を、液中のCu²＋が2個受け取ってCuになります。銅は銅板に付着し、青色に関係する銅イオンは液中で減ります。板の銅原子が溶け出す向きと取り違えません。
Cu²＋ ＋ 電子2個 → Cu
電子と電流の向きは逆
放電中のダニエル電池の外部導線では、電子は亜鉛板の負極から銅板の正極へ移動します。電流の向きは正極から負極へと決められており、電子の移動と逆です。液中や仕切りではイオンの移動を考えます。
外部導線：電子 Zn → Cu / 電流 Cu → Zn
仕切りは混合を抑え、イオンを通す
仕切りは二つの液を急速に混ざりにくくしながら、イオンの移動を許します。イオンを全く通さないと、亜鉛側で正の電気が増える方向、銅側で正の電気が減る方向へ液が偏り、電流を長く取り出しにくくなります。
液の電気の偏りと、電極の正負を分ける
一次と二次は、充電で分ける
一次電池は充電して繰り返し使うための電池ではありません。二次電池は、外部から逆向きの電流を流す充電で再び使えます。機器が指定する電池と充電器を使い、形や大きさだけで分類を判断しません。
一次：充電用ではない / 二次：充電して再利用
燃料電池は反応から電気を取り出す
水素と酸素を使う燃料電池では、水をつくる化学変化から電気エネルギーを取り出します。全体の反応は2H₂＋O₂→2H₂Oで、水の電気分解とは逆向きです。使用時の生成物と、水素の製造やエネルギー供給を含む全体の環境への影響は分けて考えます。
水素 ＋ 酸素 → 水 / 電気エネルギーを取り出す
METAL TO ELECTRICITY
反応から、回路の流れへ
反応する金属とイオン、電子の通り道、液中の移動を分けて追おう。
- CHECK 01比較条件を確認
金属・水溶液・表面・装置の条件をそろえる。
- CHECK 02粒子の変化
溶ける金属と付着する金属を、電子の受け渡しで説明する。
- CHECK 03外部回路を追う
負極から正極へ進む電子と、逆向きの電流を区別する。
- CHECK 04液中も点検
仕切りを通るイオンの移動と電気の偏りを考える。
WATCH OUT
ここでつまずかない
負極だから陰イオン？
負極の亜鉛は電子を放出し、正のZn²＋になります。電極とイオンの電荷は別です。
銅板の銅が溶ける？
放電中の正極では、液中の銅イオンが電子を受け取り、銅として付着します。
膜にも電子が流れる？
電子は外部導線、液中や仕切りではイオンの移動を考えます。
水ができれば全体の環境負荷ゼロ？
使用時の反応に加え、燃料の製造やエネルギー供給も確かめます。
UNIT TEST / 単元テスト
化学変化と電池 単元テスト
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