中３の11月の「定期テスト」の出題範囲になることが多い【塩化銅水溶液の電気分解】と【ダニエル電池】。
この２つにはどちらも「銅」が登場します。
【ダニエル電池】は2021年の教科書改訂で新しく習うようになりました。
2022年の公立高校入試では、14都府県で【ダニエル電池】に関する問題が出題されています！！！
（宮城・群馬・千葉・東京・神奈川・三重・京都・和歌山・鳥取・広島・愛媛・高知・福岡・長崎）
保護者中学生の子どもが「銅は陽極？陰極？」と混乱しているみたい。
家でなんとかしたいな。
プロ講師エリお任せください！！！
この記事では、【覚えるべき化学式】、【塩化銅水溶液の電気分解】、【ダニエル電池】の３つに分けて重要事項の解説と問題作成をしています。
この記事を書いた人
この記事の結論
・銅は必ず「陽極」「陰極」という暗記はできない（状況によって陽極か陰極か変わる）。
・【塩化銅水溶液の電気分解】では、陽極で塩素が発生し、陰極に銅が付着する。
・【ダニエル電池】では、銅板が陽極、亜鉛板が陰極になる。（イオン化傾向が関係している）
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覚えるべき化学式はこの８つ！
プロ講師エリたくさんある化学式の中から、今回の記事で必要なものだけをまとめました！この８つを正確に覚えてから練習問題を解きましょう。
（中２内容）銅の元素記号はCu、銅の化学式もCu。
（中３内容）銅イオンCu2+は２価の陽イオンである。
（中２内容）亜鉛の元素記号はZn、亜鉛の化学式もZn。
（中３内容）亜鉛イオンZn2+は２価の陽イオンである。
（中２内容）塩素の元素記号はCl。塩素（分子）の化学式はCl2。
（中３内容）塩化物イオンCl–は１価の陰イオンである。
（中３内容）硫酸イオンSO42-は２価の陰イオンである。
練習問題０【化学式】
- 次の元素の元素記号を答えなさい。
（１）銅 （２）亜鉛 （３）塩素 - 次の物質の化学式を答えなさい。
（１）銅 （２）亜鉛 （３）塩素 - 次の化学式が表すイオンの名称をそれぞれ答えなさい。
（１）SO４$^2$$^－$ （２）Zn$^2$$^+$ （３）Cl$^－$ （４）Cu$^2$$^+$
答えはコチラ
- （１）Cu （２）Zn （３）Cl
- （１）Cu （２）Zn （３）Cl2
- （１）硫酸イオン （２）亜鉛イオン （３）塩化物イオン （４）銅イオン
プロ講師エリ塩素の元素記号は「Cl」ですが、塩素（分子）の化学式は「Cl2」です！
塩化銅水溶液の電気分解「陰極に銅が付着」
すぐに【塩化銅水溶液の電気分解】の練習問題が解きたい場合はコチラ
プロ講師エリ【塩化銅水溶液の電気分解】ではなぜ「銅」が陰極なのか、分かりやすく解説していきます！
（中２内容）塩化銅が銅と塩素に分かれる化学式は、下のように表されます。
・CuCl2 → Cu ＋ Cl２
（中３内容）塩化銅は水に溶けると（水溶液にすると）、銅イオンと塩化物イオンに分かれます。
このことを電離を表す式にすると、下のように表されます。
・CuCl2 → Cu$^2$$^+$ + 2Cl$^－$
プロ講師エリイオンの移動は、磁石と同じように考えましょう。
磁石のN極がS極、S極がN極に引きつけられるのと同じで、
陽イオン（＋）は－極（陰極）に、陰イオン（－）は＋極（陽極）に向かって移動します！
銅イオンは陰極から電子を２個受け取って銅原子になります。
・Cu$^2$$^+$ ＋ 2e$^－$ → Cu
塩化物イオンは陽極に電子を１個与えて、塩素原子になります。
・Cl$^－$ → Cl ＋ e$^－$
塩素原子（Cl）は不安定なので、２個結びついて塩素分子（Cl2）になります。
テスト出題ポイント１
- 陰極に付着した赤い物質は？⇒銅。
陽極に発生した気体は？⇒塩素。 - 陰極に付着した物質の化学式は？⇒Cu。
陽極に発生した気体の化学式は？⇒Cl2。 - 塩化銅のように，水に溶かしたとき電流が流れる物質を何という？⇒電解質。
- 塩化銅水溶液に電流を流していると，しだいに水溶液の青色が薄くなった。なぜ？
⇒水溶液中の銅イオンの数が減少したから。
（別解）色のもとである銅イオンが減ったから。 - 水溶液中で，塩化銅が電離しているようすを化学式を使って表すと？
・CuCl2 → Cu$^2$$^+$ ＋ 2Cl$^－$
プロ講師エリ見て覚えるだけでなく、問題を解きながら確認していきましょう！
練習問題１【塩化銅水溶液】
下の図のように，塩化銅水溶液に電流を流した。
- 塩化銅のように，水に溶かしたとき電流が流れる物質のことを何というか。
- 塩化銅が水に溶け，陽イオンと陰イオンに分かれているようすを, 電離を表す式で表しなさい。
- この実験で金属が付着した電極は陽極，陰極のどちらか。また，その金属の色は何色か。
- この実験で発生した気体の化学式を書きなさい。
- 塩化銅水溶液に電流を流し続けると，しだいに水溶液の青色が薄くなった。その理由を説明しなさい。
答えはコチラ
- 電解質
- CuCl2 → Cu$^2$$^+$ ＋ 2Cl$^－$
- 陰極，赤色
- Cl2
- 水溶液中の銅イオンの数が減少したから。
（別解）色のもとである銅イオンが減ったから。
ダニエル電池「銅は陽極になる」
すぐに【ダニエル電池】の練習問題が解きたい場合はコチラ
【塩化銅水溶液の電気分解】は外から電流を流しますが、
今回の【ダニエル電池】は外からの電流ではなく、２種類の金属板と電解質水溶液を用いると電気エネルギーが取り出せるというものです。
プロ講師エリ【ダニエル電池】ではなぜ「銅」が陽極なのか、分かりやすく解説していきます！
硫酸亜鉛，硫酸銅は水に溶けると（水溶液にすると）、それぞれ陽イオンと陰イオンに分かれます。
このことを電離を表す式にすると、下のように表されます。
・ZnSO4 → Zn$^2$$^+$ + SO4$^2$$^－$
・CuSO4 → Cu$^2$$^+$ ＋ SO4$^2$$^－$
亜鉛板の亜鉛（原子）は電子を２個失って、亜鉛イオンになります。
（亜鉛板はぼろぼろになっていく）
・Zn → Zn$^2$$^+$ ＋ 2e$^－$
電子は導線を通って銅板に移動します。
（中２内容）電子の流れと電流は反対なので、電流は銅板から亜鉛板に流れることが分かります。
つまり銅板が陽極、亜鉛板が陰極となります。
硫酸銅水溶液中の銅イオンは陽極から電子を２個受け取って銅原子になります。
(銅板には新しい銅が付着していく）
・Cu$^2$$^+$ ＋ 2e$^－$ → Cu
プロ講師エリ亜鉛と銅のうち、なぜ「亜鉛」がイオンになるかは、次の「イオン化傾向」で説明します。
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イオン化傾向とは
イオン化傾向とは、水溶液の中で陽イオンになりやすい順番を表したものです。
左側にあるほどイオン化傾向が大きく、他の物質と反応しやすいです。
プロ講師エリ亜鉛（Zn）と銅（Cu）を比べると、亜鉛の方が左側にあります。
つまり、亜鉛の方が陽イオンになりやすいことが分かります！
テスト出題ポイント２
下の図のように，ダニエル電池をつくった。
- 亜鉛板と銅板のうち，陽極になるのは？⇒銅板。
亜鉛と銅のうち，よりイオンになりやすいのは？⇒亜鉛板。 - 亜鉛板で起こる変化は？⇒亜鉛板の表面がぼろぼろになる。
銅板で起こる変化は？⇒銅板に新たな銅が付着する。 - 亜鉛が亜鉛イオンになるようすを化学反応式で表すと？
・Zn → Zn$^2$$^+$ ＋ 2e$^－$ - 銅板で起こっている変化を化学反応式で表すと？
・Cu$^2$$^+$ ＋ 2e$^－$ → Cu - もともと物質がもっているエネルギーを何という？
⇒化学エネルギー - 物質がもっているエネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す装置を何というか。
⇒化学電池（電池） - 電子は，導線中を何極から何極に向かって移動する？
⇒陰極（－極）から陽極（＋極）
練習問題２【ダニエル電池】
下の図のように，ダニエル電池をつくり，プロペラつきモーターをつないでしばらく回転させた。
- 陽極になるのは亜鉛板，銅板のどちらか。
- 電子の移動する向きは，亜鉛板から銅板，または銅板から亜鉛板のどちらか。
- プロペラが回転しているとき，亜鉛板の表面で起こっている化学変化を化学反応式で表しなさい。
- しばらくプロペラを回転させたとき，銅板の表面に付着する物質は何か。
- 電池の内部で電気エネルギーに変換される，物質がもつエネルギーを何エネルギーというか。
答えはコチラ
- 銅板
- 亜鉛板から銅板
- Zn → Zn$^2$$^+$ ＋ 2e$^－$
- 銅
- 化学エネルギー
プロ講師エリ【ダニエル電池】を理解できているか、もう１パターン問題を解いて確かめてみましょう！
練習問題３【ダニエル電池】
下の図のように，ダニエル電池をつくり，プロペラつきモーターをつないでしばらく回転させた。
- 回路を流れる電流について正しいものをア～エの中から選びなさい。
ア. ＋極である亜鉛板から，導線を通って－極である銅板に流れた。
イ. ＋極である銅板から，導線を通って－極である亜鉛板に流れた。
ウ. －極である亜鉛板から，導線を通って＋極である銅板に流れた。
エ. －極である銅板から，導線を通って＋極である亜鉛板に流れた。 - しばらくプロペラを回転させると，銅板に銅が付着した。この理由について正しいものをア～エの中から選びなさい。
ア. 硫酸銅水溶液の中の銅イオンが，電子を失って銅になったから。
イ. 硫酸銅水溶液の中の銅イオンが，電子を受け取って銅になったから。
ウ. 銅板が，電子を失って銅イオンになったから。
エ. 銅板が，電子を受け取って銅イオンになったから。 - しばらくプロペラを回転させると，亜鉛板はぼろぼろになった。ア，イのうち，亜鉛板で起こっていた化学変化として正しい方はどちらか。
ア. 亜鉛原子が電子を失い，亜鉛イオンになった。
イ. 亜鉛原子が電子を受け取り，亜鉛イオンになった。 - 物質がもっているエネルギーを電気エネルギーにして取り出す装置を何というか。
答えはコチラ
- イ
- イ
・Cu$^2$$^+$ ＋ 2e$^－$ → Cu - ア
・Zn → Zn$^2$$^+$ ＋ 2e$^－$ - 化学電池（電池）
「銅は陽極？陰極？」【塩化銅水溶液】と【ダニエル電池】まとめ
この記事では、【覚えるべき化学式】、【塩化銅水溶液の電気分解】、【ダニエル電池】の３つに分けて重要事項の解説と問題作成をしています。
記事内の問題は無料ダウンロードできます
プロ講師エリ【ダニエル電池】は2021年度の教科書改訂で新しく追加されました。定期テストでも公立高校入試でも、さらに出題が増えていくことが予想されます！
この記事の結論
・銅は必ず「陽極」「陰極」という暗記はできない（状況によって陽極か陰極か変わる）。
・【塩化銅水溶液の電気分解】では、陽極で塩素が発生し、陰極に銅が付着する。
（理由）
塩化銅は水に溶けると（水溶液にすると）、銅イオンと塩化物イオンに分かれる。
・CuCl2 → Cu$^2$$^+$ + 2Cl$^－$
陽イオンであるCu$^2$$^+$は陰極に、陰イオンであるCl$^－$は陽極に向かって移動する。
・【ダニエル電池】では、銅板が陽極、亜鉛板が陰極になる。
（理由）
亜鉛は銅よりも陽イオンになりやすい（イオン化傾向）。
・Zn → Zn$^2$$^+$ ＋ 2e$^－$
電子は導線を通って銅板に移動する。
電子の流れと電流は反対なので、電流は銅板から亜鉛板に流れる。
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