【プロ講師解説】このページでは『電気分解(仕組みや各極での反応など)』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。
電気分解とは
炭素電極を使って塩化銅(CuCl2)水溶液を電気分解すると、陽極では気体の塩素(Cl2)が発生し、陰極では単体の銅(Cu)が析出する。
このように、外部から電気を与えることである物質(この例ではCuCl2)を分解することを電気分解という。
電気分解の仕組み
STEP1 | 電池の負極から電子(e–)が出てくる |
STEP2 | 陰極で溶液中の陽イオンがe–を受け取る → 単体として析出 |
STEP3 | 【パターン1】 陽極板がAu/Pt/Cの場合
陽極で陰イオンがe–を離す 【パターン2】 陽極板がAu/Pt/C以外の場合 陽極板が溶ける |
上で使った「塩化銅の電気分解」を例に、電気分解がどのようにして行われているのか、その仕組みについて説明していこう。
STEP1
まず、電池の負極から電子(eー)が出てくる。
STEP2
次に、陰極で溶液中の陽イオンがeーを受け取る。
今回は、溶液中に存在するCu2+が2つのeーを受け取って単体のCuが析出しているね。
PLUS+
ここでこういう疑問を抱く人がいると思う。
「水溶液中には陽イオンであるH+もいるはずなのになんでCu2+だけが電子を受け取るの??」
CuCl2水溶液中には、水(H2O)から電離したH+も確かに存在している。しかし、H+とCu2+のイオン化傾向(=イオンでいたい度合い)を比べると、Cu2+の方が小さい。
従って、より「イオンでいたい」と思っているH+は溶液中にイオンとして残り「別にイオンでなくてもええんやけど…」と思っているCu2+が電子を受け取り単体として析出するんだ。「(陽イオンでは)イオン化傾向の小さいイオンが電子を受け取る」ということはしっかり覚えておこう。
STEP3
陽極での反応は、電極の素材で2パターンに分けることができる。
極板が金(Au)や白金(Pt)、炭素(C)のときは「パターン1」、それ以外(CuやAgなど)の場合は「パターン2」となる。
今回の極板は炭素(C)なので「パターン1」の方。
陰イオンであるClーはeーを離すと、気体のCl2として外に出ていく。
一方、eーは電池の正極へと戻っていく。
PLUS+
陰極の時と同じく、こう考える人がいるだろう。
「CuCl2水溶液中には、水(H2O)から電離した陰イオンOHーも存在しているのになんでClーだけが電子を離すの??」
この疑問は、陽イオンの時と同じ考え方で解決できる。
Clーのイオン化傾向(=イオンでいたい度合い)はOHーに比べて小さい。従って「おれ別にイオンじゃなくてもいいよ」と思っているClーの方が電子を離しCl2となるんだ。「(陰イオンでは)イオン化傾向の小さいイオンが電子を離す」ということはよく覚えておこう。
各極での反応
上で挙げた「塩化銅の電気分解」について、陽極・陰極での反応をそれぞれまとめてみよう。
陰極での反応
先ほど説明したように、陰極では、電池の負極から流れてきたeーをCu2+が受け取り単体のCuが析出する。
これを反応式で表すと次のようになる。
\mathrm{ Cu^{2+} + 2e^{-} → Cu }
\]
陽極での反応
陽極では、Clーが電子を離し気体のCl2となる。
\mathrm{ 2Cl^{-} → Cl_{2} + 2e^{-}}
\]
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・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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