塩化銅水溶液の電気分解は簡単！イオンと電子の動きを図で理解しよう

中学三年の理科第1分野には「イオン」が登場します。イオンは電気分解や電池、酸・アルカリなどを理解する上で重要です。

目に見えないイオンと電子の動きを図で表して、「どうして電気分解が起こるのか？」をしっかり理解しましょう。

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電気分解の実験装置を描く

まずは、実験装置の絵を描きましょう。今回は、白金（Pt）電極を用いて塩化銅水溶液を電気分解します。

電源

装置の上の方に描かれている2本の縦棒は電源の記号です。

分かりやすいように＋・－と書きました。何も書かれていなくとも、長い方が＋極、短い方が－極です。

白金電極

Ptと書いてある2本の棒は電極です。

電気分解では電極自体が溶ける場合もあります。しかし、今回は、溶けない白金（Pt）電極を使っています。炭素棒（C）を電極にしても溶けません。

電源の＋極とつながっている極を「陽極」、－極とつながっている極を「陰極」といいます。

塩化銅水溶液

ビーカーには塩化銅水溶液が入っています。綺麗な青色の液体です。

塩化銅は、水に溶かすと次のように分かれます。

電気を帯びていない固体の塩化銅が、水の中では正（+）の電気を帯びた銅イオン（陽イオン）と、負（-）の電気を帯びた塩化物イオン（陰イオン）に分かれます。この現象を「電離」といいます。

銅イオンや塩化物イオンの右上にある“2+”や“－”は覚えましょう。

イオンを理解する

イオンとは、原子や分子が電子を得たり失ったりして、電気を帯びた状態になることです。

電子は負（－）の電気を帯びています。電子を得た原子（分子）は、負（－）の電気を帯びた陰イオンになります。一方、電子を失った原子（分子）は、正（+）の電気を帯びた陽イオンになります。

電子の流れを理解する

イオンを考える上で避けて通れないのが電子の理解です。

電子は電流の正体です。電子は－極→+極の方向に流れます。電流の流れ（+極→－極）とは逆向きです。

電子は導線の中を動く

電子の流れを図に描き込みます。このとき、下の図のように考えてはいけません。

電気分解の問題では、導線上で電子の動きを考えます。上の図だと、電子が電池の中を動いているので間違いです。

電子の流れを正しく描いたのが下の図です。

水溶液の中には導線がありません。導線がないところに電流は流れないのに、電気分解の実験では、塩化銅水溶液中を電流が流れます。この理由を考えましょう。

イオンの動きを理解する

塩化銅水溶液中にも電流が流れるのはイオンが動くからです。

イオンと電極の関係

イオンは電気を帯びているため、電源とつながっている電極にひきつけられます。

「陽（＋）」と「陰（－）」がセットです。男女のカップルをイメージすると分かりやすいでしょう。

したがって、塩化銅水溶液中の銅イオン（＋）は陰極（－）で反応して、塩化物イオン（－）陽極（＋）で反応します。陰極からは金属の銅が析出して、陽極からは気体の塩素が発生します。

電子のやり取り

銅イオンは＋なので、電子（－）を欲しがります。そのため、電源から流れてくる電子を陰極から受け取ります（以下の式のe^–は電子です）。

一方、塩化物イオンは－なので、余分な電子（－）を捨てたがります。そのため、自分にくっついている電子を陽極に手放します。

これらの式を図に書き込むと下のようになります。

緑色の点線で囲われた部分から、導線が無い水溶液中で、イオンが電極と電子をやり取りしているのが分かるでしょう。このことが、電気分解で塩化銅水溶液中を電流が流れる理由です。

丸暗記ではなく理屈を理解する

電気分解を理解する上で、電子の動きを図にすることがとても大切です。

電気分解の問題は、定期試験だけでなく、高校入試でもよく出ます。用語やイオン式を丸暗記するのであなく、図を描きながら理屈を理解する勉強を大切にしましょう。

トップ画像＝Pixabay