ダニエル電池【高校化学・化学基礎一問一答】

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一問一答

問１

【】に当てはまる用語を答えよ。

ボルタ電池の起電力は約【１】であったが、【２】が起こるため起電力はすぐに低下した。そこで開発されたのがダニエル電池である。
ダニエル電池では、亜鉛板を浸したZnSO₄水溶液と銅板を浸したCuSO₄水溶液を【３】で区切り、これにより【２】を防ぐことに成功した。

【問１】解答/解説：タップで表示

解答：【１】1.1【２】分極【３】素焼き板

ボルタ電池の起電力は約1.1であったが、分極が起こるため起電力はすぐに低下した。そこで開発されたのがダニエル電池である。
ダニエル電池では、亜鉛板を浸したZnSO₄水溶液と銅板を浸したCuSO₄水溶液を素焼き板で区切り、これにより分極を防ぐことに成功した。

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照

問２

【】に当てはまる用語を答えよ。

ダニエル電池は、負極である【１】板をZnSO₄水溶液に、正極である【２】板をCuSO₄水溶液に浸し、各溶液を【３】で区切って作られた電池である。

【問２】解答/解説：タップで表示

解答：【１】亜鉛【２】銅【３】素焼き板

ダニエル電池とは、亜鉛Zn板（負極）を浸した硫酸亜鉛ZnSO₄水溶液と、銅Cu板を浸した硫酸銅（Ⅱ）CuSO₄水溶液を、素焼き板（セロハンでも可）で仕切った電池である。

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照

問３

【】に当てはまる用語を答えよ。

ダニエル電池において金属板として使われる亜鉛と銅のイオン化傾向を比較すると、【１】の方が大きい。
したがって、まず【１】板が溶け出し【２】となる。このとき発生した【３】が【４】板に到達すると、溶液中に含まれるCu²⁺がこれを受け取り【５】となる。

【問３】解答/解説：タップで表示

解答：【１】亜鉛【２】亜鉛イオンZn²⁺【３】電子e^–【４】銅【５】Cu

STEP1

イオン化傾向の大きい金属板が溶ける

まずは、イオン化傾向の大きい金属板が溶ける。（詳しくはイオン化傾向（覚え方・定義・金属板の反応のしやすさ）を参照）

ダニエル電池に使われている金属板はCuとZnであり、これらのうちイオン化傾向がより高いのはZnである。したがって、Zn板が溶け出す。
また、ZnがZn²⁺という陽イオンになったので、電子e^–が発生していることも確認しておこう。

STEP2

STEP1で発生した電子e^–がもう片方の金属板の方へ流れる

STEP1で発生した電子e^–がCu板側に伝わる。

このとき、電子e^–が通過することで（電流が発生して）豆電球が点灯していることに注目しよう。

STEP3

流れてきたe^–が（溶液中の）イオン化傾向の小さい陽イオンとくっつく

最後に、Cu板に流れてきた電子がCuSO₄中に存在しているCu²⁺とくっつく。（＝単体のCuが析出）

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照

問４

ダニエル電池の負極・正極における反応式を書け。

【問４】解答/解説：タップで表示

解答：【負極】Zn → Zn²⁺ + 2e^–【正極】Cu²⁺ + 2e^– →
Cu

ダニエル電池の負極・正極での反応は次の通り。

負極
ダニエル電池の負極では、Zn板が溶け出してZn²⁺とe^–が発生する。

\[
Zn→Zn^{2+}+2e^{-}
\]

正極
ダニエル電池の正極では、CuSO₄中に存在しているCu²⁺がe^–を受け取ることで単体のCuが析出する。

\[
Cu^{2+}+2e^{-}→Cu
\]

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照

問５

【】に当てはまる用語を答えよ。

ダニエル電池の正極では、負極から流れてきた電子を【１】が受け取り【２】となり正極である銅板にはりつく。
したがって、放電を続けると正極の質量は【３（増加or減少）】し、負極の質量は【４（増加or減少）】する。

【問５】解答/解説：タップで表示

解答：【１】Cu²⁺【２】Cu【３】増加【４】減少

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照

問６

【】に当てはまる用語を答えよ。

ダニエル電池における素焼き板の役割は主に２つある。
１つは【１】と【２】の２つの溶液を混ざらないように区切るためである。
もう一つは、イオンを透過させることで、【３】のバランスを調整するというものである。ダニエル電池を使い続けていると、負極では次第に【４】が、正極では【５】
が増加していく。このとき、陽イオンが増えた負極はプラス側に、陰イオンが増えた正極はマイナス側に電荷が偏るのでこれを素焼き板で調節する。

【問６】解答/解説：タップで表示

解答：【１】ZnSO₄【２】CuSO₄【３】電荷【４】Zn²⁺【５】SO₄^2-（【１】・【２】は順不同）

素焼き板の役割①
素焼き板の1つ目の役割は「2つの溶液（ZnSO₄とCuSO₄）が混ざるのを防ぐ」というもの。

素焼き板はZnSO₄とCuSO₄を隔てる役割を果たしている。

素焼き板の役割②
素焼き板の2つ目の役割は「イオンを透過させることで、電荷のバランスを調整する」というもの。

ダニエル電池を使い続けていると、負極では次第にZn²⁺が、正極ではSO₄^2-が増加していく。（正極でSO₄^2-が増えるのは、CUSO₄から電離したCu₂₊がCuになることで、相方のSO₄^2-が余ってしまうため）

このとき、陽イオンが増えた負極はプラス側に、陰イオンが増えた正極はマイナス側に電荷が偏っている。この「電荷の偏り」を調整するのが素焼き板である。