9.酸化・還元と電池・電気分解

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酸化剤と還元剤

Q. 相手によって酸化剤にも還元剤にもなる物質を2つ答えよ。

答え
H2O2、SO2

(化学重要問題集 2021 9章)

 

—-↓ 酸化剤—-
酸化剤としてはたらくときの反応は、物質が持っている酸素が水(H2O)になるようにH+の係数が決まる。次に、両辺の電荷が一致するようにeの係数が決まる。(相手から電子を取るのが酸化剤)

ただし、O3、希HNO3、濃HNO3、熱濃H2SO4は少し異なり、Oの一部しかH2Oにならない。

Q. O3が酸化剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
O3 + 2H+ + 2e → O2 + H2O

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. H2O2が酸化剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
H2O2 + 2H+ +2e→ 2H2O

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. SO2が酸化剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
SO2 + 4H+ + 4e → S + 2H2O

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. MnO4が酸化剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
MnO4 + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O

この反応ではMnが+2価になることを覚えておかなければならない。

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. Cr2O72-が酸化剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O

この反応ではCrが+3価になることを覚えておかなければならない。

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. 希HNO3が酸化剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
(希)HNO3 + 3H+ + 3e → NO + 2H2O

 

希硝酸がCuと反応するとNOができる反応を思い出し、右辺にNOを入れて式を構築していく。

 

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. 濃HNO3が酸化剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
(濃)HNO3 + H+ + e → NO2 + H2O

 

濃硝酸がCuと反応するとNO2ができる反応を思い出し、右辺にNO2を入れて式を構築していく。

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. 熱濃H2SO4が酸化剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
(熱濃)H2SO4 + 2H+ + 2e → SO2 + 2H2O

 

濃硫酸がCuと反応するとSO2ができる反応を思い出し、右辺にSO2を入れて式を構築していく。

(化学重要問題集 2021 9章)

—-↑ 酸化剤—-

—-↓ 還元剤—-
右辺でeが生成するのはすべて共通。金属の価数変化でない反応は、eの生成と同時にH+の生成を伴う。

Q. Naが還元剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
Na → Na+ + e

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. H2O2が還元剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
H2O2 → O2 + 2H+ + 2e

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. SO2が還元剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
SO2 + 2H2O → SO42- + 4H+ + 2e

 

S2-ができるのではなく、SO42-ができる。

(京都橘大学 2021年 Ⅱ 問5)

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. H2Sが還元剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
H2S → S + 2H+ + 2e

イオンではない硫黄ができる。

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. Sn2+ (SnCl2)が還元剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
Sn2+ (SnCl2) → Sn4+ +2e

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. Fe2+ (FeSO4) が還元剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
Fe2+ (FeSO4) → Fe3+ +e

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. H2 が還元剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
H2 → 2H+ + 2e

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. H2C2O4 (シュウ酸、HOOC-COOH)が還元剤としてはたらくときの反応式を答えよ。

答え
H2C2O4 → 2CO2 + 2H+ + 2e

(化学重要問題集 2021 9章)

—-↑ 還元剤—-

——–↑ 以上、酸化剤と還元剤————————-

電気分解  ちょー重要

場合によっていろいろ変わるので覚えるのが難しいけど、センターレベルでもよく出題される。

 

Q. 正極、負極、陽極、陰極について説明せよ

答え
・正極、負極は、電池(電源)に使う言葉
(負極から電子が出る)

・陽極、陰極は、電池(電源)につながっている極板に使う言葉
電池(電源)の正極につながっている極板が陽極、電池(電源)の負極につながっている極板が陰極
(陰極には電子が流れ込む)

言葉の問題としてよく出題される。区別して正確に答えないと×になる。

 

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. Li+,K+,Na+,Al3+ などのイオン化傾向が大きい金属の陽イオンのみ存在する場合の、陰極での反応を答えよ。

答え
2H2O + 2e → H2 + 2OH

イオンは反応しないので水が反応し、水素が発生する。

 

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. 酸性の水溶液(H+)の場合の、陰極での反応を答えよ。

答え
2H+ + 2e → H2

 

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. Cu2+ や Ag+ などのイオン化傾向が小さい金属の陽イオンが存在する場合の、陰極での反応を答えよ。

答え
Cu2+ + 2e → Cu
Ag+ + e → Ag

金属単体が析出

 

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. 陽極が白金や炭素であって、ClやIなどのハロゲン化物イオン(Fを除く)が存在する場合の、陽極での反応を答えよ。

答え
2Cl → Cl2 + 2e
2I → I2 + 2e

 

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. 陽極が白金や炭素であって、SO42-やNO3などの酸化されにくい陰イオンのみが存在する場合の、陽極での反応を答えよ。

答え
2H2O → O2 + 4H+ + 4e

イオンは反応しないので、水が反応し、酸素が発生する。

 

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. 陽極が白金や炭素であって、塩基性の水溶液(OH)の場合の、陽極での反応を答えよ。

答え
4OH → O2 + 2H2O + 4e

酸素が発生する。

 

(化学重要問題集 2021 9章)

 

Q. 陽極として、銅や銀など白金・金以外の金属を使っている場合の、陽極での反応を答えよ。

答え
Cu → Cu2+ + 2e
Ag → Ag+ + e

陽極の金属が溶解

 

(化学重要問題集 2021 9章)

——–↑ 以上、電気分解————————-

——–↑ 以上、基本重要項目————————-

 

Q. MnO4とMn2+の色を答えよ

答え
MnO4 赤紫色、Mn2+ 淡桃色(ほぼ無色)

 

(化学重要問題集 2021 131)

 

Q. ボルタ電池の図をかけ。

答え
負極はZn、正極はCu、電解液はH2SO4

 

(化学重要問題集 2021 134)

 

Q. ダニエル電池の図をかけ。

答え
ボルタ電池と同じで負極はZn、正極はCu、中央に素焼きの板の仕切りがある。
電解液はZn側はZnSO4、Cu側はCuSO4

 

(化学重要問題集 2021 134)

 

Q. 鉛蓄電池の正極物質は何か。

答え
PbO2

鉛蓄電池は頻出です。出題される確率は非常に高いです。

 

(化学重要問題集 2021 135)

 

Q. 鉛蓄電池の負極物質は何か。

答え
Pb

鉛蓄電池は頻出です。出題される確率は非常に高いです。

 

(化学重要問題集 2021 135)

 

Q. 鉛蓄電池の正極、負極の半反応式をかけ。

答え
正極 PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e → PbSO4 + 2H2O (両辺 中性)
負極 Pb + SO42- → PbSO4 + 2e           (両辺 負)

 

解説

鉛蓄電池の反応では、正極負極の反応とも、左辺にSO42-を入れる

鉛蓄電池の反応式はちょー頻出です。

 

(化学重要問題集 2021 135)

 

Q. 一次電池と二次電池について説明せよ。

答え
一次電池
充電による再利用ができない電池

二次電池
充電によって繰り返し使うことができる電池

 

(化学重要問題集 2021 135)
(センター2018年 基礎 第2問 問7)

 

Q. 燃料電池の負極と正極で反応する気体を答えよ。

答え
負極: 水素

正極: 酸素

 

解説

勢いで覚える語呂:燃料電池は、負すい、正さん

燃料電池は水素と酸素を反応させてエネルギーを取り出す電池。水素と酸素が反応した結果、水が生成する。

燃料電池は流行なので、出題が増えるかもしれない。

 

(化学重要問題集 2021 137)

 

Q. リン酸型燃料電池の正極、負極の反応式をかけ。

答え
負極
H2 → 2H+ + 2e

正極
O2 + 4H+ + 4e → 2H2O

電解液が酸性。

負極で反応するのは水素、正極で反応するのは酸素。リン酸型、アルカリ型共通。
リン酸型燃料電池では、H+が両極間を移動し、反応する。

 

(化学重要問題集 2021 137)

 

Q. アルカリ型燃料電池の正極、負極の反応式をかけ。

答え
負極
H2 + 2OH → 2H2O + 2e

正極
O2 + 2H2O + 4e → 4OH

電解液がKOH水溶液。

負極で反応するのは水素、正極で反応するのは酸素。←リン酸型、アルカリ型共通。
アルカリ型燃料電池では、OHが両極間を移動し、反応する。

 

(化学重要問題集 2021 137)

 

Q. 陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を通すイオンをそれぞれ答えよ。

答え
陽イオン交換膜: 陽イオン

陰イオン交換膜: 陰イオン

陽イオン交換膜は膜に固定している陰イオン基のため、負に帯電し、陰イオンは反発されて通ることができない。

陰イオン交換膜は、膜に固定している陽イオン基のため、正に帯電し、陽イオンは反発されて通ることができない。

 

(化学重要問題集 2021 137)

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10.非金属元素