大問Ⅱ　二クロム酸カリウムと過酸化水素・硫化水素の酸化還元、鉛蓄電池の放電と電解液の濃度変化、直列電気分解と電気量理論化学(酸化還元・電池・電気分解)・難易度 標準　

12 ②（過酸化水素）

　硫酸酸性の二クロム酸カリウムは強い酸化剤で、過酸化水素はこれに対して還元剤としてはたらき、酸素を発生する。

　Cr2O7^2- + 14H+ + 6e- → 2Cr3+ + 7H2O、H2O2 → O2 + 2H+ + 2e- である。

13 ⓐ（3.0）

　二クロム酸カリウム 1.0 mol は半反応式から 6.0 mol の電子を受け取る。

　過酸化水素は 1 mol あたり 2 mol の電子を失うので、6.0 mol の電子を出すには 6.0/2 = 3.0 mol が必要である。

14 ①（失って硫黄）

　硫化水素は還元剤として H2S → S + 2H+ + 2e- のようにはたらき、電子を失って単体の硫黄になる。

　相手の過酸化水素は H2O2 + 2H+ + 2e- → 2H2O と電子を受け取り、酸化剤としてはたらく。

15 ③（32）

　2つの半反応式を合わせると H2O2 + H2S → S + 2H2O となる。

　過酸化水素は 1.0 mol/L × 2.0 L = 2.0 mol、硫化水素は 34/34.0 = 1.0 mol なので硫化水素が不足し、硫化水素の量で生成量が決まる。

　生じる硫黄は 1.0 mol で、質量は 1.0 × 32.0 = 32 g である。

16 ③（正極のPbO2から負極のPb）

　放電時は負極の Pb が酸化されて電子を放出するので、電子は外部回路を負極から正極へ流れる。

　電流の向きは電子の流れと逆なので、正極の PbO2 から負極の Pb へ向かう。

17 ①（正負両極とも重くなる）

　負極：Pb + SO4^2- → PbSO4 + 2e-、正極：PbO2 + 4H+ + SO4^2- + 2e- → PbSO4 + 2H2O。

　両極とも硫酸イオンを取りこんで PbSO4 に変わるので、どちらの極板も質量が増える。

18 ②（22）

　4個の電池は直列なので、各電池を通る電気量は等しく 9.65×10^4 C、電子では 9.65×10^4/9.65×10^4 = 1.00 mol 分である。

　全体の反応 Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O より、電子 1.00 mol につき硫酸 1.00 mol が消費され、水 1.00 mol が生じる。

　電池1個の電解液は 4×10^3/4 = 1.00×10^3 g で、そのうち硫酸は 1.00×10^3 × 0.30 = 300 g。

　放電後の硫酸は 300 − 1.00×98.0 = 202 g、溶液全体は 1.00×10^3 − 1.00×98.0 + 1.00×18.0 = 920 g。

　質量パーセント濃度は 202/920 × 100 = 21.95 ≒ 22%。4個とも同じ変化なので、合わせても濃度は変わらない。

19 ④（0.86）

　白金電極Aは電源の(−)極につながれているので陰極であり、Cu2+ + 2e- → Cu が起こる。

　析出した銅は 508×10^-3/63.5 = 8.00×10^-3 mol なので、流れた電子は 1.60×10^-2 mol である。

　電気量は 1.60×10^-2 × 9.65×10^4 = 1.544×10^3 C、通電時間は 30×60 = 1.80×10^3 s なので

　電流は 1.544×10^3/(1.80×10^3) = 0.8578 ≒ 0.86 A となる。

20 ⓑ（144）

　2つの水槽は直列なので、どの電極を出入りする電子も 1.60×10^-2 mol で等しい。

　陽極B・D：2H2O → O2 + 4H+ + 4e- より、酸素が 1.60×10^-2 × (1/4) = 4.00×10^-3 mol ずつ、合計 8.00×10^-3 mol 発生する。

　陰極C：2H2O + 2e- → H2 + 2OH- より、水素が 1.60×10^-2 × (1/2) = 8.00×10^-3 mol 発生する。

　完全燃焼 2H2 + O2 → 2H2O では、水素 8.00×10^-3 mol に必要な酸素は 4.00×10^-3 mol なので酸素は余り、水素がすべて反応する。

　生じる水は 8.00×10^-3 mol で、質量は 8.00×10^-3 × 18.0 = 0.144 g = 144 mg である。

21 ⑦（炭素）

　アルミニウムの製錬（ホール・エルー法）では、融解したアルミナと氷晶石の混合物に炭素電極を差しこんで電気分解する。陰極・陽極とも炭素である。

　アルミニウムはイオン化傾向が大きく水溶液の電気分解では得られないので、溶融塩電解を用いる。

22 ②（アルミナからアルミニウム）

　ボーキサイトから得た酸化アルミニウム（アルミナ）Al2O3 を溶融塩電解すると、陰極で Al3+ + 3e- → Al が起こり、アルミニウムの単体が得られる。

　①の粗銅から純銅を得る電解精錬と③の銑鉄から鉄を得る転炉の操作は溶融塩電解ではない。