水酸化ナトリウムの電気分解：陽極陰極での反応や用語の解説（練習問題付き）【中・高校生のテスト対策】

「水酸化ナトリウムの電気分解の仕組みがよく分からない」

このような悩みを感じている中学生、高校生は多いのではないでしょうか。

中学の理科や高校の化学で習う水酸化ナトリウムの電気分解では、化学反応式や用語など覚えることもたくさんあります。

そこで、水酸化ナトリウムの電気分解について解説し、定着のために練習問題を用意しました。

※関連記事：化学反応式の一覧

中学で習う水酸化ナトリウムの電気分解の仕組み（復習）

水酸化ナトリウムの電気分解について、基本から理解しなおしたい！という人は中学で習う内容から復習すると良いです。

水酸化ナトリウムの電気分解の仕組みについて、これから勉強する中学生にもわかるように解説します。

電気分解とは

まず、大切な用語の意味をおさらいします。

• 電解質（イオン）…水に溶けると電気を流す物質
• 電解質溶液…電解質が溶けた水溶液
• 電気分解…電解質溶液に電流を流すことで起こる化学反応

電解質は水にとかすと陽イオンと陰イオンに分かれます。陽イオンはプラスに、陰イオンはマイナスに電気を帯びています。

この状態で電解質溶液に電気を流すと、陽イオンは陰極に、陰イオンは陽極にひきつけられて化学反応を起こします。

• 陰極…電源のマイナス側をつないでいる電極
• 陽極…電源のプラス側をつないでいる電極

水の電気分解の仕方

水を電気分解すると、水素と酸素に分かれます。水素は陰極で発生し、酸素は陽極で発生します。

水→水素＋酸素

塩化銅水溶液の電気分解の仕方

塩化銅水溶液に電気を流すと、銅と塩素に分かれます。銅は陰極に付着し、塩素は陽極で発生します。

高校で習う水酸化ナトリウムの電気分解の仕組み（陰極）

電源からスタートして、陰極に向けて電子が供給されます。陰極では陽イオンに電子を与えます。

水酸化ナトリウム水溶液にはナトリウムイオンNa⁺がありますが、ナトリウムはイオン化傾向が高くイオンのままのほうが安定するため水となら反応します。

そこで、ナトリウムではなく水が電子を受け取ります。すると、水素が発生します。

この結果、陰極では以下のような化学反応式になります。

2H₂0+2e^–→H₂+2OH^–

高校で習う水酸化ナトリウムの電気分解の仕組み（陽極）

つづいて、陽極での化学反応についてです。

陽極では陰イオンから電子をうばいます。水酸化ナトリウム水溶液中には水酸化物イオンOH^–があります。OH^–から電子を奪うと酸素が発生します。

以下のような化学反応式になります。

4OH^–→O₂+2H₂O+4e^–

水酸化ナトリウムの電気分解まとめ

まとめると、水酸化ナトリウム水溶液の電気分解では以下のような化学反応が起こります。

• 陰極：水素が発生
• 陽極：酸素が発生

つまり、水酸化ナトリウム自体は電気分解されず、水が電気分解されます。

水に水酸化ナトリウムを溶かす理由

以上のように、水酸化ナトリウム水溶液の電気分解の実験では、水酸化ナトリウムに水を加えます。

これは、水酸化ナトリウムはイオン化傾向が高く、反応しないためです。水酸化ナトリウムに水を加えて電流が流れやすくし、電気分解を起こしやすくするのです。

【テスト対策】水酸化ナトリウムの電気分解の練習問題

水酸化ナトリウム水溶液電気分解の実験を行いました。このとき、以下の問題に答えてください。

①陰極における化学反応を、電子を含むイオン式で表してください。

②陽極における化学反応を、電子を含むイオン式で表してください。

③両極で発生した気体の体積を合わせると、標準状態で6.72Lでした。陰極で発生した気体の体積は何Lですか。また、陽極で発生した気体の体積は何Lですか。

解答

①2H₂0+2e-→H₂+2OH-

②4OH^–→O₂+2H₂O+4e^–

③陰極：4.48L、陽極：2.24L

【解説】

陰極で水素、陽極で酸素が発生します。電子4molで水素H2が2mol、酸素O2が1mol発生します。両極で発生した気体の体積が合計6.72Lなので、水素と酸素の体積を以下のように求められます。

水素：6.72L×2/(2+1)
酸素：6.72L×1/I2+1)

水酸化ナトリウムの電気分解に関するQ&A

Q1: 水酸化ナトリウムの電気分解とは何ですか？

A1: 水酸化ナトリウム（NaOH）の水溶液に電流を流し、化学反応によって水素（H₂）と酸素（O₂）を発生させることです。陰極で水素が、陽極で酸素が生成されます。

Q2: 水酸化ナトリウムの電気分解で発生する気体は何ですか？

A2:

• 陰極（マイナス極）では水素（H₂）が発生します。
• 陽極（プラス極）では酸素（O₂）が発生します。

Q3: 水酸化ナトリウムの電気分解での化学反応式は何ですか？

A3:

・陰極（還元反応）:水から水素が発生する

・陽極（酸化反応）：水酸化物イオンから酸素が発生する

Q4: 陰極と陽極ではそれぞれ何が起こりますか？

A4:

• 陰極: 電子（e⁻）を受け取り、還元反応が起きて水素（H₂）が発生します。
• 陽極: 電子を放出して、酸化反応が起きて酸素（O₂）が発生します。

Q5: 電気分解に使う装置はどんなものですか？

A5: 電気分解には次のような装置を使用します：

• 電解槽: 水酸化ナトリウムの水溶液を入れる容器。
• 電極: 電流を流すための棒。陰極と陽極に分かれています。
• 電源装置: 直流電流を供給します。

Q6: 電気分解で生成した水素と酸素はどのように利用されますか？

A6:

• 水素（H₂）は、燃料電池や化学工業、エネルギー分野で使用されます。
• 酸素（O₂）は、医療用酸素、溶接、化学製品の製造などに利用されます。

Q7: テストで水酸化ナトリウムの電気分解についてよく出る問題は何ですか？

A7:

• 反応式の記述や計算問題。
• 陰極・陽極で発生する気体の種類を問う問題。
• 電気分解での装置や実験手順を説明する問題。

Q8: 実験で水酸化ナトリウムの電気分解を確認する方法は？

A8:

1. 水酸化ナトリウム水溶液を電解槽に入れます。
2. 電極を設置し、直流電源に接続します。
3. 電流を流し、陰極から水素ガス、陽極から酸素ガスが発生する様子を観察します。

Q9: 水酸化ナトリウムの電気分解はどのような応用がありますか？

A9:

• 水素エネルギーの生成（燃料電池など）。
• 酸素供給（医療用や産業用）。
• 電解精錬や化学反応の促進など、さまざまな産業分野で活用されています。

まとめ

水酸化ナトリウムの電気分解の仕組みを解説しました。

水酸化ナトリウムに水を加えて電気分解すると、陰極で水素H₂、陽極で酸素O₂が発生します。

また、苦手な人向けに電解質、電解質溶液、電気分解といった用語の意味も解説しています。用語をしっかり覚えたうえで仕組みを読み、練習問題を解いてみてください。

【参考】
NHK for School
啓林館