化学Ⅱ›反応速度と電気化学

電気化学

Electrochemistry

電子の移動が電気を生む
💡 例え:水車
①高所の水が低所へ流れ水車を回す
②電気化学では'電子'が流れ仕事(電流)をする
③電子を失いやすい金属(Zn)から得やすい金属(Cu)へ電子が移動
④この電子の流れが'電流' — 電池の原理
⑤電池 = ガルバニ電池、メッキ = 電気分解
ガルバニ電池(化学電池)
1.1
🔍 電池の動作原理を追え!
①Zn電極で:Zn → Zn²⁺ + 2e⁻(酸化、電子放出)
②電子は外部導線を通じてCu電極へ移動
③Cu電極で:Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu(還元、電子受容)
④塩橋:イオン移動で電気的中性を維持(なければ電流停止)
⑤電子は酸化極(−)から還元極(+)へ流れる
標準電極電位
起電力計算
E°cell = E°還元極 − E°酸化極
還元電位が高い側が還元極(+)

主な標準還元電位

📊標準還元電位 (25°C)
半反応E° (V)
F₂ + 2e⁻ → 2F⁻+2.87
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu+0.34
2H⁺ + 2e⁻ → H₂ (SHE)0.00
Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn-0.76
Li⁺ + e⁻ → Li-3.04
💡 電位表の読み方
①E°大 = 還元されやすい(電子を受け取りやすい)
②E°小 = 酸化されやすい(電子を出しやすい)
③Zn-Cu電池:E° = 0.34 − (−0.76) = 1.10V
④SHE(標準水素電極)が基準(E° = 0.00V)
電気分解
ファラデーの法則
m = MItnF
m:析出質量、M:モル質量、I:電流、t:時間、n:電子数、F:96500 C/mol

ガルバニ電池 vs 電気分解

📊2装置の比較
項目ガルバニ電池電気分解
エネルギー変換化学→電気電気→化学
自発性自発的(E°>0)非自発(外部電源必要)
酸化極(−) 負極(+) 正極
還元極(+) 正極(−) 負極
応用乾電池、燃料電池メッキ、電解精錬
総まとめ
核心公式
E°cell = E°還元極 − E°酸化極
E°cell > 0:自発反応(ガルバニ電池)
🎯 試験ポイント
①E°cell = E°還元極 − E°酸化極 — 還元電位の大きい側が(+)極
②ガルバニ電池:自発反応、酸化極(−)、還元極(+)
③電気分解:非自発反応、酸化極(+)、還元極(−) ← 符号注意!
④ファラデーの法則:m = MIt/nF(析出質量計算)
⑤酸化 = 電子失う(OIL)、還元 = 電子得る(RIG)