公務員試験 H24年 国家一般職(化学) No.20解説

　問 題　　　　　

電気分解に関する次の記述の㋐ ㋑ に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。ただし、ニッケルと銅の原子量はそれぞれ 59、64 とし、ファラデー定数は 9.6× 10⁴C/molとする。

「図のように電解槽 X Y を直流電源に接続し、0.29 A で ㋐ ×10⁴秒間電気分解を行ったところ、電解槽 X のニッケル板の質量は1.77g 減少した。このとき電解槽 Y の水溶液中の Cu²⁺ の濃度は㋑ 。」

　　　㋐　　　 ㋑

1. 2.0 　増加した
2. 2.0 　変化しなかった
3. 1.0 　増加した
4. 1.0 　変化しなかった
5. 1.0 　減少した

 

 

 

 

 

　解 説　　　　　

それぞれの電解槽に注目し、さらにそれぞれの極に注目します。硫酸銅（Ⅱ）水溶液の入った電解槽 Y の方が簡単なのでそちらから考えます。

【電解槽 Y について】
陰極では、溶液中の Cu²⁺ が電子を受け取り Cu²⁺ + 2e^– → Cu となります。一方陽極側では、銅板が電極として用いられているためこれが溶けます。すなわち、Cu → Cu²⁺ + 2e^– です。すると、全体を通じて Cu²⁺ の濃度は変化しません。正解は 2 or 4 です。

【電解槽 X について】
ニッケル板のことだけわかればよく、かつ、溶けると問題文からわかっているので、陽極において Ni → Ni²⁺ + 2e^– ・・・（１）と考えられます。

ニッケル板の質量は 1.77g 減少したとあります。原子量が 59 なのでものすごく大雑把に評価すると、「1.77 ≒ 2」、「59 ≒ 60」と近似して、1/30 mol 減っていると考えます。そして Ni が 1/30 mol 減ったということは、式（１）の係数に注目すれば「電子が 2/30 mol 流れた」ということです。

1A で 96500 秒電流を流せば、電気量は 96500 C であり、その時電子が 1mol 流れるということは基礎知識です。（この 「96500C」 を1F と表すこともあります。電気量 1F なら、電子が 1mol 流れています。）

本問では、0.29 ≒ 0.3 A で 10000秒か　20000秒　電気を流しています。10000 秒だと
電気量が 3000C だから、大体1/30 F です。つまり電子も大体1/30 mol しか流れていません。よって、20000秒の方が正しいとわかります。

以上より、正解は 2 です。