水溶液中の電気分解：水由来の種が生成物を変える
導入済み| English | 意味 |
|---|---|
| inert electrode/ɪˈnɜːt ɪˈlektrəʊd/ | 不活性電極 |
| aqueous electrolyte/ˈeɪkwɪəs ɪˈlektrəlaɪt/ | 水溶液電解質 |
この観察を説明する要因は何か？
- 水溶液臭化ナトリウムでは、陰極にナトリウムではなく水素が生じます。溶液には溶解した塩イオンだけでなく、水由来の種も含まれています。
- まず予測を立てる。比較したい量や特徴を明記し、2つの説明を区別できる証拠は何かを決定せよ。
モデルを構築する
- 仕様書の不活性電極学校モデルにおいて、溶解した金属が水素よりも反応性が高い場合、陰極で水素が生成される；銅のような反応性の低い金属が代わりに生成されることもある。陽極ではハロゲンイオンが存在しない限り酸素が生成され、存在する場合ハロゲンが予測される。GCSEの説明では、水素と水酸化物イオンを提供する水が放電できると記述されている。
- 水溶液電解質: 導電液体として用いられる水を含むイオン性溶液；不活性電極: 指定された電解において反応することを意図していない電極。
不活性電極を用いた水溶液の硫酸銅(II)から予測される生成物はどれか？
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銅は水素より下にあるため、Cu2+ は陰極で銅金属として析出します。硫酸イオンは析出しないため、陽極で水が酸化物（酸素）を生成します。金属が水素より「より」反応性が高い場合にのみ水素が発生し、硫黄は硫酸から剥離 never されません。
各専門用語を正確な意味と対応させよ。
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関連する物理量やプロセスを区別するために定義を使用せよ。
これを検証できる証拠を選ぶ
- したがって、水溶液の塩化銅(II)は陰極で銅、陽極で塩素を与えます。塩化ナトリウム溶液は承認されたハンドブックの条件下で水素と塩素を与えます。硫酸銅(II)は銅と酸素を与え、硫酸ナトリウムは水素と酸素を与えます。これらは指定された単一溶質・不活性電極の予測であることを示してください。濃度や電極材料は、この単純な規則の外にある実際の競合反応に影響を与えることがあります。
- 溶解した正イオンと負イオンを特定し、説明に水由来のイオンを含めます。陰極と陽極の規則を別々に適用します。学校承認の希薄溶液と低電圧電源のみを使用し、固定された電極間隔と適切な換気を行ってください。塩素を含む観察結果は、技術者承認の小規模手法に従わなければなりません。ガスを嗅ぎたり、多量に生成したりしないでください。
この場合、調査やモデルをより妥当にする2つの習慣は何か。
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条件や仮定を明記することで他者が正確に再現でき、根拠となる証拠を記録することで結論を検証できます。相反する結果を隠すと、誤った結論を疑う証拠を失いますし、単一の測定でより広い主張を成立させることはできません。
既知の量から始める
- 既知の値と単位を明記する。このケースに適応する仮定を持つ関係式を選び、代入前に変形する。
- 既知：提供された4つの溶液は、不活性電極を用いた水中のCuCl₂、NaCl、CuSO₄、Na₂SO₄です。2つは陰極生成物が銅で、2つが水素です。2つは陽極予測が塩素で、2つが酸素です。この分類は、4つの溶液間の同じ生成物の速率や回収率の証明ではなく、指定された条件からの予測の計数です。
指定されたルールの下で、水溶液のCuCl₂、NaCl、CuSO₄、Na₂SO₄のうち、陰極予測に水素が含まれるものはいくつありますか？同じ手順を使用してください：既知の数値 → モデル → 関係式 → 代入 → 単位と解釈。
規定されたルールに従い、水溶液のCuCl₂、NaCl、CuSO₄、およびNa₂SO₄のうち、陰極で水素が生成すると予測されるものはいくつあるか？
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結果は 2 溶液です。既知：CuCl2, NaCl, CuSO4, Na2SO4（水溶液、不活性電極）。陰極ルール：銅は水素より下（CuCl2, CuSO4 はCuを与える）、ナトリウムは水素より上（NaCl, Na2SO4 はH2 を与える）。水素が 2 溶液で予測されます。
結論とその限界を確認する
- 指定されたモデルでは、溶解した塩化物は陽極で固体の塩化物イオンではなく塩素を与えます。水溶液の硫酸は、単に化学式から名前を削るだけで硫黄を生じません。水を含む溶液に溶融二項則を適用しないでください。
- 元の観察に戻り、結果が何を裏付けているか、どのような条件を前提としているかを説明し、対立する説明を検証する方法を一つ示す。
水は書かれた塩の化学式に含まれないため生成物に影響を与えないという主張は誤りである。塩の化学式は溶媒を省略しているだけであり、その化学性を意味するわけではない。水はH+およびOH-を提供し、電極で競合するため、同じ塩の溶融電解と水溶液電解では異なる生成物が得られる。
水溶液電解：水由来の種が生成物を変化させる：したがって、水溶液の塩化銅(II)は陰極で銅、陽極で塩素を与えます。塩化ナトリウム溶液は承認されたハンドブックの条件下で水素と塩素を与えます。硫酸銅(II)は銅と酸素を与え、硫酸ナトリウムは水素と酸素を与えます。これらは指定された単一溶質・不活性電極の予測であることを示してください。濃度や電極材料は、この単純な規則の外にある実際の競合反応に影響を与えることがあります。
水は書かれた塩の化学式に含まれていないため、生成物に影響を与えない。
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塩類の化学式は溶媒を省略しますが、その化学性質を無視しているわけではありません。水はH+およびOH-を提供し、これらは電極で競争します。そのため、同じ塩類の水溶液電解と溶融電解では異なる生成物が得られます。
導電液体として用いられる水を含むイオン性溶液：技術用語を書け。
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水溶液電解液とは、導電液体として用いられる水を含むイオン性溶液を意味する。