この記事では、中学3年で習う塩酸の電気分解について解説します。
塩酸に電流を流した時に陽極で発生する気体、陰極で発生する気体や、化学反応式などです。
練習問題も用意しているので、ひととおり把握できたらぜひ解いてみてください!
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中3理科で、塩酸の電気分解を習います。塩酸の電気分解の実験手順について説明します。
塩酸は水に塩化水素(HCl)が溶けた酸性の液体で、化学式は「HCl」です。電気を流すとき、塩酸は電気分解を起こし、塩化水素の分子が分解して新しい物質ができます。
まず、基本用語をおさらいします。電気分解とは水溶液に電気を流して化学反応を起こすことです。
電気が流れやすい性質(電解質といいます)のものでないと電気分解は起こりにくいです。塩酸以外に、塩化水素や水酸化ナトリウムは電気が流れやすいです。
これらもよくテストに出てきます。
※関連記事: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)
塩酸の電気分解の実験は以下のような手順で行います。
①以下のような電気分解装置にゴム栓を差し込む
②2.5%のうすい塩酸を入れる
③電気分解装置を電源につなぐ
④電流を流す
この手順で実験すると、以下のような結果になります。
つまり、「塩酸に電流を流すと水素と塩素が発生する」ことが分かります。
陰極(マイナス極)では、水素イオン(H⁺)が電子を受け取り、水素(H₂)として発生します。水素は無色・無臭です。
テストでは以下の特徴がよく出てきます。
火のついたマッチを近づけると、「ポン!」という音を立てて燃える
この音は水素特有の燃焼反応で、酸素と結びついて水が生成される瞬間に起こります。問題文にこの記述があると、「水素が発生した」と分かります。
陽極(プラス極)では、塩化物イオン(Cl⁻)が電子を放出し、塩素(Cl₂)として発生します。塩素も無色ですが、特有の刺激臭があります。
テストでは以下の特徴がよく出てきます。
これらの特徴はテストでもよく問われます。
実験によって発生する塩素と水素の量は2対1の割合になります。
塩素:水素=2:1
これは、塩酸の分子が電気分解されるときの化学反応式に基づくもので、水素分子(H₂)が2倍発生するためです。
例えば、100mlの塩酸を電気分解すると、水素が2倍の量で発生するので、水素が多くなるのが特徴です。
塩酸の電気分解の実験について、以下の内容がテストによく出るポイントです。
陰極のゴム栓を取ってマッチの火を近づけるとポンと音を立てて燃えます。
この反応の仕方から、水素が発生していると分かります。
陽極のゴム栓を取ってにおいをかぐと、プールを消毒するときのような刺激臭がします。さらに、管の上部にたまっている液を赤インクで着色した水につけると、色が消えます。
この「におい」と「色の変化」(漂白作用)から、塩素が発生していると分かります。
これらの実験結果を化学反応式で表すと以下のようになります。
2HCl→H2+Cl2
(塩化水素)→(水素)+(塩素)
(1)塩酸を電気分解する実験で、陰極で発生した気体にマッチの火を近づけるとどうなりますか。
(2)(1)の結果から、陰極で発生した気体は何だと分かりますか。
(3)陽極の管の上部にたまった液体を、赤インクで着色した水に加えると色はどうなりますか。
(4)陽極で発生した気体からはプールを消毒したときのようなにおいがしました。このことから陽極付近で発生した気体は何だと分かりますか。
(5)塩酸の電気分解のようすを化学反応式で書いてください。
(1)ポンと音を立てて燃える
(2)水素
(3)色が消える(無色になる)
(4)塩素
(5)2HCl→H2+Cl2
A1: 塩酸の電気分解とは、塩酸(HCl)に電気を流して分解することで、水素(H₂)と塩素(Cl₂)の2つの気体を生成する反応のことです。
塩酸中の水素イオン(H⁺)と塩化物イオン(Cl⁻)がそれぞれ電子を受け渡して別々の気体になります。
A2: 塩酸を電気分解すると、陰極(マイナス極)で水素(H₂)、陽極(プラス極)で塩素(Cl₂)が発生します。陰極で水素が発生し、陽極で塩素が発生する仕組みです。
A3: 陰極で発生した水素は、火のついたマッチを近づけると「ポン!」という音を立てて燃えます。この燃焼反応は水素の特徴であり、水素と酸素が反応して水ができるときに起こります。
この方法で水素が発生したことを確認できます。
A4: 陽極で発生した塩素は、色つきのろ紙を近づけることで確認できます。塩素は漂白作用があるため、ろ紙の色が脱色されます。また、塩素には特有の刺激臭があるので、においを感じることで塩素とわかります。
A5: 塩酸の電気分解の化学反応は次のように表されます。 2HCl→H2+Cl22HCl \rightarrow H₂ + Cl₂2HCl→H2+Cl2 この式のように、塩酸が電気の力によって水素と塩素に分かれるのが電気分解の過程です。
A6: 電気分解において、陰極(マイナス極)ではプラスのイオン(H⁺)が電子を受け取って水素ガスとして放出されます。一方、陽極(プラス極)ではマイナスのイオン(Cl⁻)が電子を放出し、塩素ガスとして放出されます。
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定期テストで平均点くらいまでカバーしています。
中1物理・化学はコチラ↓
中1生物・化学はコチラ↓
中2物理・化学はコチラ↓
中2生物・地学はコチラ↓
中3物理・化学はコチラ↓
中3生物・地学はコチラ↓
出版社:くもん出版
難易度:易~標準(★☆☆)
つづいては「自由自在」です。標準レベルから難関レベルまでカバーしている定番シリーズです。
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出版社:文英堂
難易度:難(★★★)
いかがでしょうか。
中学生向けに塩酸の電気分解の様子を解説し、化学反応式を紹介しました。
陰極は電源の-極につなぎ、陽極は+極につなぎます。電流を流すと陰極では水素が発生し、陽極では塩素が発生します。陽極にマッチの火を近づけるとポンと音を立てて燃え、陰極からはプールを消毒したときのようなにおいがします。
これらの内容はテストにもよく出てきます。練習問題も解いて覚えておきましょう!
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