薬剤師国家試験 第105回 問100 過去問解説

　問 題　　　　　

生体における膜電位の原理を理解するためには、濃淡電池の作動原理を知ることが必要である。電解質として用いる硫酸亜鉛の濃度のみが異なる2つの亜鉛半電池を塩橋でつないだ化学電池の模式図を以下に示す。

標準圧力下、298Kにおいて半電池Ｒの硫酸亜鉛の初濃度を0.1mol/L、半電池Ｌの硫酸亜鉛の初濃度をc₁mol/Lとする。

なお、亜鉛半電池の反応は次式で表される(E°は標準電位を表す)。

また、硫酸亜鉛は水中では完全に電離し、その活量は濃度に等しいとする。この場合の亜鉛半電池の電極電位E(単位V)は温度298Kでは次式で表される。

この化学電池に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. この電池はダニエル電池である。
2. c₁＝0.01のとき、半電池Ｌがアノード(負極)となる。
3. この電池の標準起電力は0Vである。
4. 半電池Ｌと半電池Ｒの硫酸亜鉛濃度が等しくなった状態の起電力は－0.76Vである。
5. c₁＝0.01のとき、この電池の起電力は約＋0.059Vである。

 

 

 

 

 

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
ダニエル電池は、Zn と Cu が用いられます。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当な記述です。
濃淡電池では、濃度が濃い方が正極です。

選択肢 3 は妥当な記述です。
各半電池に注目した時、極板が同じなので E⁰ も等しいです。従って、それぞれの半電池の標準電位に違いがないため、全体を見た時、電位の差が０です。つまり、標準起電力は ０V です。

選択肢 4 ですが
濃度も等しいのであれば、どちらの電位も等しいため、起電力は 0V です。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
まず、半電池 R について、与えられた式より電極電位を計算します。濃度が 0.1 mol/L なので、濃度の所に 0.1 = 10^-1 を代入します。

E = E⁰ + 0.059/2 × log10[10^-1] 
= E⁰ ー 0.059/2　です。

一方、半電池 L について、同様に計算します。C₁ = 0.01 ＝ 10^-2 です。

E = E⁰ + 0.059/2 × log10[10^-2] 
= E⁰ ー 0.059　です。

差をとれば 0.059/2 です。0.059 ではありません。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2,3 です。

参考）物理化学まとめ　濃淡電池