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水の電気分解

一般小学生

まとめ

水の電気分解
水に電圧をかけることで、水素酸素という2種類の物質に分解する化学変化
  • 純粋な水は電流をほとんど通さないため、少量の水酸化ナトリウム電解質として加える
  • 陰極(マイナス極)に水素、陽極(プラス極)に酸素が発生し、その体積比は2:1となる
  • 化学反応式は 2H2O → 2H2 + O2 と表される

解説

水は共有結合によって結びついた分子からなり、純粋な状態ではイオンがほとんど存在しないため、電気を導くことができません。そのため、実験では電流を流れやすくする「電解質」として水酸化ナトリウム(NaOH)を溶かします。電圧をかけると、陰極では水分子が電子を受け取って還元され、水素ガスが発生します。一方、陽極では酸化反応が起こり、酸素ガスが発生します。このとき、水分子を構成する原子の比率を反映して、水素と酸素は常に2:1の体積比で得られます。

項目 陰極(マイナス極) 陽極(プラス極)
発生する気体 水素(H2) 酸素(O2)
体積の割合 2 1
性質の確認 マッチの火を近づけると音を立てて燃える 火のついた線香を入れると激しく燃える
コラム

水の電気分解は、エネルギー蓄える手段としても注目されています。例えば、太陽光発電などで得た余剰電力を使って水を分解し、水素として貯蔵しておけば、必要な時に燃料電池で再び電気を取り出すことができます。なお、酸素を発生させる実験には、過酸化水素水二酸化マンガンを加える方法もあります。この場合、二酸化マンガンは「触媒」として働き、自身は変化せずに反応を助けます。水の電気分解における水酸化ナトリウム(電解質)とは役割が異なる点に注意しましょう。

小学生のみなさんへ

水に電気を流すと、水がバラバラになって、2種類の「気体」に変わります。これを「水の電気分解でんきぶんかい」といいます。水に電気を流すと、マイナスのほうからは「水素すいそ」、プラスのほうからは「酸素さんそ」が出てきます。出てくる量は、いつも水素のほうが酸素よりも2倍多くなります。ふつうの水は電気が通りにくいので、実験のときは「水酸化すいさんかナトリウム」という粉を少しだけまぜて、電気が通りやすくするのがコツです。

ルラスタコラム

水素は、燃やすと水になる、とってもクリーンなエネルギーとして期待されています。将来は、水から作った水素で走る車や飛行機が当たり前になるかもしれませんね。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 水の電気分解において、陰極と陽極から発生する気体はそれぞれ何ですか。
陰極からは水素、陽極からは酸素が発生します。
【応用】 実験の際、純粋な水ではなく、少量の水酸化ナトリウムを溶かした水を用いるのはなぜですか。理由を説明しなさい。
純粋な水は電流をほとんど通さないため、水酸化ナトリウムを電解質として加えて電流を流れやすくするためです。
【実践】 水の電気分解で、陰極に10cm³の気体がたまったとき、陽極には何cm³の気体がたまると考えられますか。
5cm³。水素(陰極)と酸素(陽極)の体積比は常に2:1になるため、陰極で発生した気体の半分の量になります。

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