電気分解を攻略！原理から反応式、電池との関係まで図を使って完全解説！

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電気分解とは
電気分解の仕組み
各極での反応
- 陰極での反応
- 陽極での反応
関連：計算ドリル、作りました。

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 → e^–を失った陰イオンは単体になる（e^–は電池の正極に戻っていく）【パターン２】　陽極板がAu/Pt/C以外の場合陽極板が溶ける → 陽イオンとなり溶液中へ（e^–は電池の正極に戻っていく）

Point!

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Cu^2＋が２つのe^ーを受け取って単体のCuが析出しているね。

注意

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Cu^2＋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Cu^2＋のイオン化傾向（＝イオンでいたい度合い）を比べると、Cu^2＋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Cu^2＋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。

注意

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Cu^2＋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。

\[
\mathrm{ 2Cl^{-} → Cl_{2} + 2e^{-}}
\]