大問Ⅰ　スズと鉛の性質・鉛蓄電池の量的関係無機物質・電池・難易度 標準　

1 ④（4）

　14族元素の原子は最外殻に4個の電子をもつ。この4個がすべて価電子としてはたらくので、酸化数＋2および＋4の化合物をつくる。

2 ⑤（青銅）

　銅とスズの合金は青銅（ブロンズ）である。黄銅は銅と亜鉛、白銅は銅とニッケル、はんだはスズと鉛の合金なので当てはまらない。

3 ④（両性金属）

　スズも鉛も、強酸の水溶液とも強塩基の水溶液とも反応して溶ける。このような金属を両性金属といい、Al・Zn・Sn・Pb が代表例である。

4 ⑤（水素）

　両性金属が酸や強塩基の水溶液に溶けるとき、いずれの場合も金属が酸化されて H⁺ または水の水素が還元される。したがって発生する気体は水素である。

5 ③（黒）

　Pb²⁺ を含む水溶液に硫化水素を通じると、Pb²⁺＋S²⁻ → PbS により硫化鉛(Ⅱ)が沈殿する。PbS は黒色沈殿である。

6 ②（黄）

　Pb²⁺ を含む水溶液にクロム酸カリウムを加えると、Pb²⁺＋CrO₄²⁻ → PbCrO₄ によりクロム酸鉛(Ⅱ)が沈殿する。PbCrO₄ は黄色沈殿である。

7 ⑥（Pb）

　鉛蓄電池の負極活物質は鉛の単体である。放電時に Pb＋SO₄²⁻ → PbSO₄＋2e⁻ と酸化され、電子を外部回路へ送り出す。

8 ⓓ（PbO₂）

　正極活物質は酸化鉛(Ⅳ)である。放電時に PbO₂＋SO₄²⁻＋4H⁺＋2e⁻ → PbSO₄＋2H₂O と還元され、鉛の酸化数は＋4から＋2に下がる。

9 ⑥（PbSO₄）

　両極とも硫酸イオンと結びついて硫酸鉛(Ⅱ)に変わる。PbSO₄ は水に溶けにくいので、溶け出さずに両極の表面に付着する。

10 ③（H₂O）

　正極の式の左辺には H が4個、O が PbO₂ の2個と SO₄²⁻ の4個あり、右辺の PbSO₄ に移るのは SO₄²⁻ の分だけである。残る H 4個と O 2個をまとめると水2分子になる。

11 ①（外部の直流電源の正極に鉛蓄電池の正極を，外部の直流電源の負極に鉛蓄電池の負極）

　充電では放電と逆向きに電流を流す必要がある。同符号の極どうしを接続すると、鉛蓄電池の正極が陽極、負極が陰極としてはたらき、（式1）（式2）の逆反応が進む。

12 ⑨（19.2）

　流れた電気量は 20.0×(32×60＋10)＝3.86×10⁴ C なので、電子は 3.86×10⁴÷(9.65×10⁴)＝4.00×10⁻¹ mol である。負極では電子 2 mol につき Pb（式量 207）1 mol が PbSO₄（式量 303）に変わり、式量が 96.0 増える。よって 4.00×10⁻¹×(1÷2)×96.0＝19.2 g 増加する。

13 ⑧（12.8）

　正極では電子 2 mol につき PbO₂（式量 239）1 mol が PbSO₄（式量 303）に変わり、式量が 64.0 増える。よって 4.00×10⁻¹×(1÷2)×64.0＝12.8 g 増加する。

14 ③（32.8）

　放電前の溶液の質量は 1.00×10³×1.30＝1.30×10³ g、溶質の硫酸は 1.30×10³×(35.0÷100)＝4.55×10² g である。（式1）と（式2）を足すと Pb＋PbO₂＋2H₂SO₄ → 2PbSO₄＋2H₂O となり、電子 2 mol につき硫酸 2 mol が減り水 2 mol が増える。よって硫酸は 4.00×10⁻¹×98.0＝39.2 g 減り、水は 4.00×10⁻¹×18.0＝7.20 g 増える。質量パーセント濃度は (4.55×10²−39.2)÷(1.30×10³−39.2＋7.20)×100≒32.8％ である。