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中学3年生 (14-15歳)

中3 イオンと電気分解 わかりやすく

Ions and Electrolysis

精製水では電球がほとんどつきませんが、食塩をとかすと明かりがつきます。食塩が水にとけて、電気を帯びた粒、つまりイオンに分かれるからです。 原子が電子を失うと＋の電気を帯びた陽イオンに、電子を受けとると−の電気を帯びた陰イオンになり、このように水にとけてイオンに分かれる物質を電解質といいます。 図で電圧を加えると、陽イオンは陰極の方へ、陰イオンは陽極の方へ引かれ、電圧を高くするほど多くのイオンが速く動きます。 電極に着いたイオンは電子をやりとりして、もとの物質とはちがう物質に変わります。このように電流で物質を分けるのが電気分解です。

イオンとは

⚡ 電子を失ったり受けとったりした原子
①原子が電子を失うと、＋の電気を帯びた陽イオンになる。例：Na → Na⁺ + e⁻
②原子が電子を受けとると、−の電気を帯びた陰イオンになる。例：Cl + e⁻ → Cl⁻
③イオンは電気を帯びているので、電圧を加えると反対の電気をもつ電極の方へ動く
④イオンが移動することが、水溶液の中を電流が流れるしくみである

電気分解

6 V
🔬 電気分解のしくみ
①電解質の水溶液に2本の電極を入れ、電圧を加える
②陽イオン（＋）は陰極へ引かれ、電子を受けとる（還元）
③陰イオン（−）は陽極へ引かれ、電子を失う（酸化）
④例：塩化銅水溶液を電気分解すると、陰極に赤い銅がつき、陽極から塩素が発生する
⑤電圧を高くすると電流が大きくなり、反応が速くなる

電解質と非電解質

💧 水溶液に電流が流れる物質
①電解質：水にとけてイオンに分かれ、水溶液に電流が流れる。塩化ナトリウム、塩化銅、塩酸
②非電解質：水にとけてもイオンができず、電流が流れない。砂糖、エタノール
③純粋な水はイオンがとても少なく、電流がほとんど流れない
④固体の食塩はイオンが動けないので電流が流れず、とかすと流れる

まとめ

イオンのでき方
陽イオン：電子を失う（＋）／ 陰イオン：電子を受けとる（−）
Na → Na⁺ + e⁻、Cl + e⁻ → Cl⁻
電気分解
陽イオン → 陰極、陰イオン → 陽極
電解質の水溶液に電流を流して物質を分解する
🎯 テストでよく問われること
①陽イオン（＋）は陰極へ移動する
②陰イオン（−）は陽極へ移動する
③電解質は、水にとけてイオンに分かれる物質である
④陰極では電子を受けとる反応（還元）、陽極では電子を失う反応（酸化）が起こる
⑤水の電気分解：陰極から水素、陽極から酸素が、体積比2 : 1で発生する

例題と単元テスト

例題 1
ナトリウム原子（Na）と塩素原子（Cl）がイオンになるとき、それぞれ電子を失うか受けとるか。どんなイオンになるかを式で書きなさい。
1
ナトリウムは電子を1個失って陽イオンになる：Na → Na⁺ + e⁻。
2
塩素は電子を1個受けとって陰イオンになる：Cl + e⁻ → Cl⁻。
▸ Na → Na⁺ + e⁻（陽イオン）、Cl + e⁻ → Cl⁻（陰イオン）
ナトリウムが失った電子を塩素が受けとってNa⁺とCl⁻になり、2つのイオンが引き合って塩化ナトリウム（食塩）になる。
例題 2
水を電気分解すると、それぞれの電極から何という気体が発生するか。また、2つの気体の体積比はいくらか。
1
陰極からは水素が、陽極からは酸素が発生する。
2
水の分子H₂Oには水素原子が酸素原子の2倍あるので、水素 : 酸素の体積比は2 : 1である。
▸ 陰極から水素、陽極から酸素が発生し、体積比は水素 : 酸素 = 2 : 1
純粋な水には電流がほとんど流れないので、水酸化ナトリウムを少しとかして電流を流れやすくしてから実験する。
単元テスト
イオンと電気分解についての説明として正しいものは？
①原子が電子を失うと陰イオンになる
②電気分解で陽イオンは陽極へ移動する
③電解質は水に溶けてイオンに分かれ電流が流れる
④砂糖水は電流がよく流れる電解質である
⑤水を電気分解すると水素 : 酸素の体積比は1 : 2である
▸ ③ 電解質は水に溶けてイオンに分かれ電流が流れる
1
電子を失うと陽イオンになり（①誤）、電気分解で陽イオンは陰極へ移動する（②誤）。
2
砂糖水はイオンを生じない非電解質であり（④誤）、水の電気分解で水素 : 酸素 = 2 : 1である（⑤誤）。電解質は水に溶けてイオンに分かれ電流が流れる（③正）。
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