レッスン2-17:電気分解
毒劇先生青木さん、今回は電気分解！電池の逆操作です。
強欲な青木電池と電気分解って何が違うんすか？
毒劇先生電池＝自発的な酸化還元反応で電気を生む、電気分解＝外部電源で無理矢理酸化還元を起こす。電池では電流が自然に流れるが、電気分解では電源で強制的に流す。でも電極での反応原理は同じで、陰極で還元、陽極で酸化。
強欲な青木陰極・陽極の見分け方は？
毒劇先生電気分解では：電源の＋側に繋がるのが陽極、−側が陰極。陰極には陽イオンが引き寄せられて還元反応（電子受取）、陽極では陰イオン or 電極自身が酸化反応（電子放出）。
強欲な青木何が析出するかって予測できるんすか？
毒劇先生可能！イオン化傾向を使う：陰極ではイオン化傾向の小さい金属イオンが先に析出（Cu²⁺等）、大きい場合（Na⁺・K⁺等）は水が還元されて H₂ 発生。陽極では電極が Cu や Ag なら電極自身が溶解、炭素や白金なら水や陰イオンが酸化されて O₂ や Cl₂ が発生。
強欲な青木ファラデーの法則って？
毒劇先生流した電気量で析出量が決まるというシンプルな法則。電気量 Q ＝ 電流 I × 時間 t（クーロン）。ファラデー定数 F ＝ 96500 C/mol。Q ÷ F ÷ 価数 ＝ 析出モル数。
目次
💪実力試し（3問）
問題1
硫酸銅（CuSO₄）水溶液を白金電極を使って電気分解する場合、陰極で起こる反応はどれか。
- 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻
- Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
- 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
- SO₄²⁻ → SO₂ + O₂ + 2e⁻
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正解：2
解説：Cu²⁺はイオン化傾向が小さいため陰極で還元され銅が析出する。選択肢1は水の還元（陰極で起こるのはNa⁺・K⁺系の時）、3・4は陽極反応。
間違えやすいポイント：陰極＝還元。イオン化傾向が H より小さい金属イオンは析出、大きい場合は水が還元される。
問題2
塩化ナトリウム（NaCl）水溶液を炭素電極で電気分解するとき、陰極で発生するものはどれか。
- Na（金属）
- 水素 H₂
- 塩素 Cl₂
- 酸素 O₂
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正解：2
解説：Na⁺はイオン化傾向が大きいため陰極で還元されない。代わりに水が還元されて水素H₂が発生（2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻）。陽極ではCl⁻が酸化されてCl₂発生。
間違えやすいポイント：Na⁺・K⁺・Ca²⁺・Mg²⁺等のイオン化傾向大の金属イオンは水溶液からは析出しない。水が還元されて H₂。
問題3
硫酸銅水溶液を 1A で 965 秒間電気分解したとき、陰極に析出する銅の質量はいくらか。Cu=63.5、F=96500 C/mol。
- 0.0325g
- 0.318g
- 0.635g
- 3.18g
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正解：2
解説：電気量 Q = 1×965 = 965 C。モル電子 = 965÷96500 = 0.01 mol。Cu²⁺は2電子受取なので Cu = 0.01÷2 = 0.005 mol。質量 = 0.005×63.5 = 0.318 g。
間違えやすいポイント：Q÷F＝電子mol、÷価数で物質mol、×モル質量で質量。Cu²⁺は2価に注意。
🔰基礎教養学習
本単元は①電池との違い ②陰極・陽極の反応 ③ファラデーの法則 ④工業応用の4ブロック構造。
⓪ 電池 vs 電気分解
| 項目 | 電池 | 電気分解 |
| エネルギー | 化学→電気（自発的） | 電気→化学（強制的） |
| 電流の向き | 正極→導線→負極 | 外部電源が強制 |
| 陽極（＋） | 正極＝還元 | 酸化 |
| 陰極（−） | 負極＝酸化 | 還元 |
毒劇先生電池と電気分解で『正極⇔陽極』『負極⇔陰極』の対応は同じ。混乱しない！
① 陰極（−極）の反応
陰極には陽イオンが引き寄せられ、還元反応が起こる。
| 陽イオンの種類 | 陰極の反応 | 例 |
| イオン化傾向 小（Cu²⁺・Ag⁺等） | その金属が析出 | Cu²⁺+2e⁻→Cu |
| イオン化傾向 大（Na⁺・K⁺等） | 水が還元→H₂発生 | 2H₂O+2e⁻→H₂+2OH⁻ |
| H⁺ | 水素発生 | 2H⁺+2e⁻→H₂ |
② 陽極（＋極）の反応
陽極では酸化反応が起こる。電極の種類で反応が異なる。
| 電極 | 陽極の反応 | 例 |
| Cu・Ag等 | 電極自身が溶ける | Cu→Cu²⁺+2e⁻ |
| 炭素C・白金Pt（不活性） | 水 or 陰イオンが酸化 | — |
| 不活性電極＋Cl⁻ | Cl⁻が酸化→Cl₂発生 | 2Cl⁻→Cl₂+2e⁻ |
| 不活性電極＋SO₄²⁻ | 水が酸化→O₂発生 | 2H₂O→O₂+4H⁺+4e⁻ |
毒劇先生陽極の判定は電極が活性か不活性かを見る！Cu・Agは溶ける、C・Ptは水・陰イオンが酸化される。
③ ファラデーの法則
ファラデーの法則：電極で析出（または溶解）する物質の量は流した電気量に比例する。
👉公式
- 電気量 Q (C) ＝ 電流 I (A) × 時間 t (秒)
- 電子の物質量 ＝ Q ÷ F（F＝ファラデー定数96500 C/mol）
- 析出物質量 ＝ 電子モル数 ÷ イオンの価数
- 析出質量 ＝ 物質量 × モル質量
👉計算例
例：CuSO₄水溶液を 2A で 48250 秒電気分解すると銅は何 g 析出するか？
Q = 2×48250 = 96500 C。電子 = 96500÷96500 = 1 mol。Cu²⁺は2価 → Cu = 0.5 mol → 質量 = 0.5×63.5 = 31.75 g
④ 工業応用
| 応用 | 反応 | 内容 |
| 銅精錬 | 粗銅→純銅 | 陽極：粗銅（Cu・Ni・Ag・Au）／陰極：純銅 |
| アルミ精錬 | Al₂O₃（溶融塩電解） | 氷晶石を融解剤、陽極C消費 |
| 水酸化Na製造 | NaCl水溶液の電気分解 | イオン交換膜法・陽極Cl₂・陰極H₂ |
| 金属メッキ | 装飾・防食目的 | 陰極＝メッキ対象、陽極＝被メッキ金属 |
| 水素製造 | 水の電気分解 | 2H₂O→2H₂+O₂（燃料電池用） |
✅理解度チェックテスト（3問）
チェック1（○✕）
次の記述は正しいか誤りか、○✕で答えてください。
「電気分解では陽極で酸化反応、陰極で還元反応が起こる。」
答えを見る
正解：○（正しい）
解説：正しい。電池も電気分解も陽極＝酸化、陰極＝還元。
チェック2（穴埋め）
次の文の【 】に入る最も適切な語句を選んでください。
ファラデー定数は【 】C/molである。
- 1 C/mol
- 9650 C/mol
- 96500 C/mol
- 9.65×10⁴ eV
答えを見る
正解：3
解説：F = 96500 C/mol（電子1 molが運ぶ電気量）。約 9.65×10⁴ C/mol。
チェック3（4択）
NaCl水溶液を電気分解した場合、陽極で発生する気体はどれか（炭素電極使用）。
- 水素 H₂
- 酸素 O₂
- 塩素 Cl₂
- 窒素 N₂
答えを見る
正解：3
ポイント：Cl⁻が酸化されて Cl₂ が発生（2Cl⁻→Cl₂+2e⁻）。陰極ではH₂発生。
深掘り解説
テーマ1：銅精錬と電解精錬
粗銅（Cu 99%・不純物Ni・Fe・Ag・Au等）を陽極、純銅板を陰極、CuSO₄水溶液で電解。陽極で Cu と Ni・Fe は溶解、Ag・Au はイオン化傾向小のため溶けず陽極泥として沈殿。Ni・Fe²⁺は溶液中に残り、Cu²⁺のみが陰極で純銅として析出（純度99.99%）。陽極泥からは金銀が副産物として回収される。
テーマ2：毒物劇物と電気分解
NaCl水溶液の電気分解で大量の水酸化ナトリウム（劇物）と塩素（劇物）が生産される。メッキ工程ではシアン化合物（毒物）が電解液に使われることがあり、電気めっき業は第22条の業務上取扱者届出の対象。
テーマ3：アルミ精錬のエネルギー
アルミ1トン製造には電力約15000kWh必要。Al₂O₃の融解温度（2050℃）を下げるため氷晶石 Na₃AlF₆を混ぜて約950℃で電解。『電気の缶詰』と言われるほどエネルギー集約型。リサイクルは新造の約3%のエネルギーで済むのでアルミ缶回収が重要。
🥊過去問演習（全10問）
📝まとめと次の学習へのつなぎ
今回の学習ポイント
- 電気分解：外部電源で強制的に酸化還元
- 陰極＝還元（Cu²⁺→Cu、大イオン化傾向なら水還元H₂）
- 陽極＝酸化（Cu→Cu²⁺、不活性電極なら水酸化O₂・Cl⁻酸化Cl₂）
- ファラデーの法則：Q = It、Q÷F÷価数＝析出mol
- 工業応用：銅精錬・アルミ精錬・NaOH製造・メッキ
毒劇先生電池と表裏一体の電気分解。イオン化傾向で全てが予測できます！
次回予告：レッスン2-18「有機化合物の基礎」
次回から有機化学へ。炭素骨格・官能基・命名法を学びます。毒劇物にも多数の有機化合物が含まれます。
📍 他のレッスンへ
章全体の学習進度はサイドバーからも確認できます。前後のレッスンで関連事項を横断的に復習しましょう。
