KIMIKA!|基礎から学ぶ高校化学

演習「鉛蓄電池」

約 3 分
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問題演習

「鉛蓄電池」でやったことを、演習問題で定着させよう。

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問題


電解液は30%の希H2SO4200ml(密度:1.25g/ml)とする。
この電池を20分間放電したところ、平均して2.0Aの電流が流れた。以下の問いに答えなさい。
(1)両極での反応を、eを含むイオン反応式で書け。
(2)放電したとき、電流はAとBどちらの向きに流れるか。
(3)最初と比べて、放電後のPbO2の質量は何g増加したか。(ファラデー定数はF=9.65×104[C/mol]とする。)
(4)この鉛蓄電池を充電する場合、外部電源の負極はPbとPbO2のどちらにつなげば良いか。

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解答

(1)正極:PbO2+4H++SO42-+2e→PbSO4+2H2O
   負極:Pb+SO42-→PbSO4
(2)B
(3)1.33×10-2
(4)Pb

解説

(3)と(4)は少し難しいが、「鉛蓄電池」で扱ったことを生かせばできるはず。

(1)

「負極」

Pb+SO42-→PbSO4

Pbが電子を放出しPb2+になる半反応式である
Pb→Pb2++2e
の両辺に溶液中にあるSO42-を足した形。

「正極」

PbO2+4H++SO42-+2e→PbSO4+2H2O

PbO2が電子を受け取りPb2+になる半反応式である
PbO2+4H++2e→Pb2++2H2O
の両辺に溶液中にあるSO42-を足した形。

(2)

電流は、電子の流れる向きと反対の方向に流れる。

(3)

まずは、電子eのmolを求めよう。反応の前後で正極の質量を比較すると、となっている。
これは、電子が2molのときの話なので、今回の数値で求めていく。比を用いてxを求めると…

(4)

充電するときは、外部電源の負極は電池の負極に、正極は正極につなぐんだったね。

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