大問Ⅰ　電池（鉛蓄電池・ニッケル水素電池・リチウムイオン電池）理論化学・難易度 標準　

1 ②（二次電池）

　充電によって繰り返し使える電池を二次電池（蓄電池）という。一次電池は放電しきると充電できない電池である。

2 ③（鉛蓄電池）

　ガソリン自動車の始動用・電装用電源に使われている二次電池は鉛蓄電池である。約 2.0 V の起電力をもち，電解液に希硫酸を用いる。

3 ①（Pb），4 ④（PbO₂），5 ⑥（PbSO₄）

　鉛蓄電池は負極に灰色の鉛 Pb，正極に褐色の酸化鉛(IV) PbO₂ を用いる。

　放電すると両極とも白色の硫酸鉛(II) PbSO₄ になって電極表面に付着する。

6 ②（0.025）

　負極の半反応式は Pb＋SO₄²⁻ → PbSO₄＋2e⁻ で，電子 2 mol につき Pb が 1 mol 消費される。

　よって電子 0.050 mol では Pb は 0.050×(1÷2)＝0.025 mol 消費される。

7 ③（0.050）

　正極の半反応式は PbO₂＋4H⁺＋SO₄²⁻＋2e⁻ → PbSO₄＋2H₂O で，電子 2 mol につき水が 2 mol 生じる。

　よって電子 0.050 mol では水は 0.050×(2÷2)＝0.050 mol 生じる。

8 ⓪（H₂），9 ⓐ（O₂）

　充電では放電と逆向きの反応が起こるので，Pb の電極は外部電源の負極につながれて陰極，PbO₂ の電極は陽極になる。

　電解液中の水が電気分解されると，陰極では 2H⁺＋2e⁻ → H₂ で水素が，陽極では 2H₂O → O₂＋4H⁺＋4e⁻ で酸素が発生する。

10 ①（水酸化カリウムの水溶液）

　ニッケル水素電池の電解液は水酸化カリウム水溶液などのアルカリ性水溶液である。式(1) に Ni(OH)₂ や NiO(OH) といった水酸化物が現れることとも矛盾しない。

11 ⑤（水素吸蔵合金）

　水素を吸収・放出できる合金を水素吸蔵合金という。ニッケル水素電池の負極にはこの合金 M の水素化合物 MH が用いられる。

12 ④（0.060）

　放電時の正極では NiO(OH)＋H₂O＋e⁻ → Ni(OH)₂＋OH⁻ が起こり，Ni の酸化数が ＋3 から ＋2 に 1 だけ変化する。

　したがって電子 1 mol につき NiO(OH) が 1 mol 消費されるので，電子 0.060 mol では 0.060 mol である。

13 ⑦（4.8×10³）

　Li⁺＋e⁻ → Li なので，Li が 2.0×10⁻³ mol 入るには電子が 2.0×10⁻³ mol 必要である。

　必要な電気量は 2.0×10⁻³×9.65×10⁴＝193 C である。

　電流が 40 mA＝4.0×10⁻² A なので，時間は 193÷(4.0×10⁻²)＝4.83×10³ ≒ 4.8×10³ 秒となる。

14 ⑦（0.80）

　黒鉛に入った Li の物質量 2.0×10⁻³ mol が，そのまま正極から抜けた Li⁺ の物質量である。

　充電前の LiCoO₂ は 0.010 mol なので，残る Li は 0.010−0.0020＝0.0080 mol，CoO₂ の骨格は 0.010 mol のまま変わらない。

　したがって Li と CoO₂ の比は 0.0080 : 0.010＝0.80 : 1 となり，組成は Li₀.₈₀CoO₂ である。