　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０１．１２．１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中科研２学期研修会　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　林　正幸　　　電子やり取り反応をめぐって Ⅰ．実験（ａ）３３円電池（１）ろ紙を４つに折り、１０円の大きさの円板１２枚を切り取る。（２）１０円、ろ紙４枚、１円を重ねる（１１円電池）。（３）これを３セット直列にして輪ゴムを十文字にかける。（４）食酢にすこし食塩を加えた液に浸けて染み込ませる。（５）メロディテスターにつなぐ（１０円が正極）。（ｂ）おもしろニッケルめっき（別紙） Ⅱ．私のとらえ方・教え方（ａ）イオン化傾向と電子得失表（１）チャック付きポリ袋（８５×６０ｍｍ）に硝酸銀水溶液（１％）３０ｍｌを入れて、銅板（４５×１５０ｍｍ）を浸けると、表面に白色のコケのようなものが付着してくる。これをガラス棒でろ紙にこすり付けると金属光沢を観察できる。また水溶液はうすい緑色になる。（２）この化学反応は次のようである。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 1 - 　　　　Ｃｕ＋２Ａｇ⁺ －→ Ｃｕ²⁺ ＋２Ａｇこれから水中では銅の方が銀より陽イオンになりやすいことが分かり、銅のイオン化傾向は銀より大きい。ちなみに金属は陽イオンになるもののことである。（３）しかし見方を変えると、銅は銀より電子を失いやすい。主な金属（と水素）を電子を失いやすい順に並べてみる。　　　　Ａｌ ←→ Ａｌ³⁺ ＋３ｅ^- 　　　　Ｚｎ ←→ Ｚｎ²⁺ ＋２ｅ^- 　　　　Ｆｅ ←→ Ｆｅ²⁺ ＋２ｅ^- 　　　　Ｐｂ ←→ Ｐｂ²⁺ ＋２ｅ^- 　　　　Ｈ₂ ←→ ２Ｈ⁺　＋２ｅ^- 　　　　Ｃｕ ←→ Ｃｕ²⁺ ＋２ｅ^- 　　　　Ａｇ ←→ Ａｇ⁺　＋ｅ^- ここで右辺の陽イオンにも注目する。陽イオンは電子を得る。そして下ほどその勢いが大きい。私はこれを「電子得失表」と名付けている。（４）上の反応は次のように電子やり取り反応である。　　　　Ｃｕ－→ Ｃｕ²⁺ ＋２ｅ^- 　　　　２ｅ^- ＋２Ａｇ⁺ －→ ２Ａｇ　　　　（＋　　　　Ｃｕ＋２Ａｇ⁺ －→ Ｃｕ²⁺ ＋２Ａｇそしてこの反応が右に進行して左に戻らないのは、銅と銀では銅が電子を失いやすく、銅イオンと銀イオンでは銀イオンが電子を得やすいためである。（ｂ）電池の原理とダニエル型の電池（１）電池では電子の流れが生じている。だから　　　　負極で電子を与える反応　　　　正極で電子を奪う反応が起きるしくみをつくれば電池になる。（２）３３円電池では次のようである。　　　　負極　Ａｌ－→ Ａｌ³⁺ ＋３ｅ^- 　　　　正極　２ｅ^- ＋２Ｈ⁺ －→ Ｈ₂ 水素イオンは食酢の酢酸が電離して生じている。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 2 - （３）豆電球が点灯するパワーのある電池は次のようにすれば簡単に作れる。　亜鉛板にクッキングペーパーを載せて食塩水（数％）を染み込ませ、セロハンを被せる。さらにクッキングペーパーを載せて飽和硫酸銅水溶液を染み込ませて銅板を被せる。（４）この電池の反応は次のようである。　　　　負極　Ｚｎ－→ Ｚｎ²⁺ ＋２ｅ^- 　　　　正極　２ｅ^- ＋Ｃｕ²⁺ －→ Ｃｕ質問　ところで食塩水を真水に代えると豆電球は点灯するでしょうか。　　　　点かない　　　　電解質が溶解していないと、水溶液中の電導性が確保されない。　　　　（イオンが液体中を走り抜けることはできない。）（ｃ）陰イオン、水分子と電子やり取りとヨウ素電池（１）陰イオン電子を失う性質があり、水分子も電子を失う反応をする。主なものを加えて電子得失表を改訂する。　　電　大　　　　　Ａｌ　　←→ Ａｌ³⁺　　　　＋３ｅ^- 　　子　↑　２ＯＨ^- ＋Ｈ₂ ←→ ２Ｈ₂Ｏ　　　　＋２ｅ^- 　　を　｜　　　　　Ｚｎ　　←→ Ｚｎ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　失　小　　　　　Ｆｅ　　←→ Ｆｅ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　う　　　　　　　Ｐｂ　　←→ Ｐｂ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　　　　　Ｈ₂ 　　←→ ２Ｈ⁺　　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　　　　　Ｃｕ　　←→ Ｃｕ²⁺　　　　＋２ｅ^- 　　　　　　　　　　４ＯＨ^- ←→ ２Ｈ₂Ｏ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^- 　　　　　　　　　　２Ｉ^-　 ←→ Ｉ₂　　　　　　＋２ｅ^-　　　　電　　　　　　　　　　Ａｇ　　←→ Ａｇ⁺　　　　　＋ｅ^-　　　小　子　　　　　　　　　　２Ｂｒ^- ←→ Ｂｒ₂　　　　　＋２ｅ^-　　｜　を　　　　　　　　　　２Ｈ₂Ｏ ←→ ４Ｈ⁺ ＋Ｏ₂　＋４ｅ^-　　↓　得　　　　　　　　　　２Ｃｌ^- ←→ Ｃｌ₂　　　　　＋２ｅ^-　　大　るここでも右辺に注目する。非金属（の一部）は電子を得て陰イオンになる性質があり、水分子は電子を失う反応もする。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 3 - （２）ヨウ素電池　亜鉛版にろ紙４枚を載せて食塩水を染み込ませる。その上にヨウ素を振りかけて黒鉛板を被せ、食塩水を補う。　　負極　Ｚｎ－→ Ｚｎ²⁺ ＋２ｅ^- 　　正極　２ｅ^- ＋Ｉ₂ －→ ２Ｉ^-　　電池をつくるのに２種の金属が必要であるわけではない。（ｄ）電気分解の原理と水の電気分解（１）電気分解では外部の直流電源で陰極に電子を押し込め、陽極から電子を吸い出す。したがって　　陽極で電子を失う反応　　陰極で電子を得る反応が強制される。自然には起きない反応を起こすことができる。（２）ステンレス板にろ紙４枚を載せ、ＢＴＢを加えた硫酸ナトリウム水溶液を染み込ませる。もう１枚のステンレス板を被せて、手まわし発電機で電気分解する。質問　どんな結果になるでしょうか。　　　　陽極側ろ紙２枚は黄色に、陰極側ろ紙２枚は青色になる。　　　　陽極　　２Ｈ₂Ｏ－→ ４Ｈ⁺ ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^- 　　　　陰極　　２ｅ^- ＋２Ｈ₂Ｏ ←→ ２ＯＨ^- ＋Ｈ₂ （３）おもしろニッケルめっきでは次の反応が起こる。　　陽極（黒鉛棒）　２Ｈ₂Ｏ－→ ４Ｈ⁺ ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^- 　　陰極（銅板）　　２ｅ^- ＋Ｎｉ²⁺ －→ Ｎｉ参考：私のホームページのＵＲＬは次のようです。　　　　　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｚｚｚ．ｏｒ．ｊｐ／ｍａｓａｓｕｍａ／　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 4 - 林　正幸と主万子の始めのホームページ（to our initial Home Page）にもどる。