高校 · 15分

塩化銅(II)溶液の電気分解

$\ce{CuCl2}$ 溶液に電流を流すと、陰極に銅が析出し陽極から塩素が泡立つ。

目的

各電極での生成物を特定し、気体量をファラデーの法則で電流と時間に結びつける。

器具と試薬

青緑色の $\ce{CuCl2}$ 溶液を入れた仮想電解セル、不活性電極2本と電流スライダー。

手順

電流 $I = 1{,}5$ A でスイッチを入れ、泡がどこに出るか観察する。
両電極を比べる：陽極では塩素ガス（酸化）、陰極では銅の層が表面を暗くする（還元）。
電流を上げると、泡立ちの速さが比例して増えるのを確かめる。

観察すること

陰極（−）： $\ce{Cu^{2+} + 2e^- -> Cu}$ — 電極に赤味がかった銅の層ができる。
陽極（+）： $\ce{2Cl^- -> Cl2 + 2e^-}$ — 淡緑色の塩素の泡。

解説

溶液中では $\ce{Cu^{2+}}$ は還元電位が高いため水より先に還元され、陰極に銅が析出する。陽極では $\ce{Cl^-}$ が酸化されて $\ce{Cl2}$ になる。全体の反応は $\ce{CuCl2 ->[electrolysis] Cu + Cl2}$ 。ファラデー第一法則により析出量は $m = MIt/(nF)$ で、 $I$ か $t$ を2倍にすれば銅の量も2倍になる。

ゆかりの化学者

マイケル・ファラデー