【プロ講師解説】このページでは『ボルタ電池(仕組み・各極の反応・分極の理由など)』について解説しています。解説は高校化学・化学基礎を扱うウェブメディア『化学のグルメ』を通じて6年間大学受験に携わるプロの化学講師が執筆します。
ボルタ電池の仕組み
STEP1 | イオン化傾向の大きい金属板が溶ける |
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 |
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 |
Point!
ボルタ電池の仕組みについて、電池の仕組みを解説!〜イオン化傾向との関わり・正極と負極・電子と電流の向き〜で紹介した3STEPで説明していく。
STEP1
まずは、イオン化傾向の大きい金属板が溶ける。
CuとZnではZnの方がイオン化傾向が高い。したがって、この場合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、eーが発生していることも確認しておこう。
STEP2
次に、STEP1で発生したeーがCu板側に伝わる。
このとき、電子が通過することで(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
Cu板に流れてきた電子は、希H2SO4中に存在しているH+とくっつく。(=気体のH2発生)
ボルタ電池の問題点
分極を起こす!
Point!
ボルタ電池では、正極で気体の水素(H2)を発生する。
ボルタ電池を使い続けるとこのH2がCu板の周りに溜まってくる。
溜まったH2は、水溶液中のH+が負極からやってきたeーを受け取るのを妨害してしまう。
その結果、電子の受け渡しに不具合が生じ、電圧が急激に低下する「分極」という現象が起こる。
このような問題点があったため、ボルタ電池は実用化には至らなかった。
問題演習
問題
(1)両極での反応を、e–を含むイオン反応式で書け。
(2)放電してすぐに電圧が低下することをなんというか。
(3)(2)の語を用いてボルタ電池の問題点を指摘しなさい。
(2)放電してすぐに電圧が低下することをなんというか。
(3)(2)の語を用いてボルタ電池の問題点を指摘しなさい。
解答
(1)正極:2H++2e–→H2
負極:Zn→Zn2++2e–
(2)分極
(3)例:発生したH2が気泡としてCu板の表面にくっついてしまい、それが邪魔で新たにきたe–をH+が受け取りづらくなって分極を起こしてしまうから。
負極:Zn→Zn2++2e–
(2)分極
(3)例:発生したH2が気泡としてCu板の表面にくっついてしまい、それが邪魔で新たにきたe–をH+が受け取りづらくなって分極を起こしてしまうから。
解説
- (1)
- 正極:2H++2e–→H2
負極:Zn→Zn2++2e–まずは、イオン化傾向の高いZn板が溶け出す。
これが負極の反応式だね。
次に、Cu板へと伝わってきたe–を水溶液中のH+が受け取って水素が発生する。
- (2)
- これは覚えてるかどうかだね。
放電後にすぐ電圧が下がってしまう現象を分極という。
- (3)
- これも、解答に書いてあるとおりだ。
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著者プロフィール
・化学のグルメ運営代表
・高校化学講師
・薬剤師
・デザイナー/イラストレーター
数百名の個別指導経験あり(過去生徒合格実績:東京大・京都大・東工大・東北大・筑波大・千葉大・早稲田大・慶應義塾大・東京理科大・上智大・明治大など)
2014年よりwebメディア『化学のグルメ』を運営
公式オンラインストアで販売中の理論化学ドリルシリーズ・有機化学ドリル等を執筆
著者紹介詳細
・化学のグルメ運営代表
・高校化学講師
・薬剤師
・デザイナー/イラストレーター
数百名の個別指導経験あり(過去生徒合格実績:東京大・京都大・東工大・東北大・筑波大・千葉大・早稲田大・慶應義塾大・東京理科大・上智大・明治大など)
2014年よりwebメディア『化学のグルメ』を運営
公式オンラインストアで販売中の理論化学ドリルシリーズ・有機化学ドリル等を執筆
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