Online Microscale Chem. Experiment 1　　　

　　　　水の電気分解
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　 実　験　１

　水の電気分解　：　爆鳴気実験

　実　験　2

　水の電気分解で発生する気体の体積比を調べる

　実　験　3

　その他の水溶液で電気分解　：　電極反応

「電気分解実験」のために用意する物


購　入

入手法





1

試薬整理箱（中型）

100円ショップで


8

個

購入

2

12-ウェルプレート　

イワキ


8

個

50個購入

3

投薬びん 30ml　（乳児用）

東京硝子

200本入り／箱

1

箱

200本入り／箱

4

プラスチックスポイト 1ml

東京硝子


8ｘ2

個

購入

5

ステンレス待ち針　


１５本／箱

8ｘ2

箱

箱で購入

6

1 mLツ ベルクリン用プラスチック注射器

テルモ

100本／箱

8ｘ2

本

100本／箱

7

２.5ｍLプラスチック注射器

テルモ


8

個

箱で購入

8

プラスチック製三方活栓



8ｘ2

個

購入

9

９V乾電池(角型）

日立


8

個

購入

10

ミノムシリード線　赤と黒

ケニス


8ｘ２

本

購入

11

チャッカマン　

ケニス


3

個

共用

12

二酸化マンガン(粒状）25g


02発生用

1

本


13

ゴム風船


気体捕集用

5

個


14

ポリビーカー(500ｍＬ）


電解用（水上置換）

2

個


15

試験管(15mm)


電解用

6

本


16

線香


電解用（O2確認用）

16

本


17

20mL ビン


水素発生用

2

個










調製／作成


量

数



1

3%Ｈ２02溶液

02発生用

500mL

1

本

調製

2

6mol/L　NaOH

電解用

200mL

1


調製

3

シャボン玉液

電解用


3


購入して分ける

　

◆　準 備：水の電気分解実験シート(pdfファイル）

 

　解説　：　電気分解

● 水を電気分解しよう　（電気エネルギーを化学エネルギーに変える）
　
　水は酸素1原子と水素2原子からなる分子です。水を電気分解すると，酸素と水素の気体が得られます。
　　　　水（2 H2O）＋電 気エネルギー　----->　水素（2 H2）＋酸素（O2）　
　つまり，水分子にエネルギーを与えて，エネルギーの高い水素分子と酸素分子に変えるわけです。水素が爆発しやすいのはよく知ら れていますが，ここでは出てきた気体の爆発性を調べます。
水の電気分解の際，陽極（電池のプラスにつないだ極）では次のよう に
　　　2 H2O　　→　　 4H+ + O2 + 4 e-
水素イオンを生じるので酸性になります。
陰極（電池のマイナスにつないだ極）では
　　　2 H2O + 2e- 　 → 　2 OH- + H2
水酸化物イオンを生じるのでアルカリ性になります。
両極の反応を合わせると
　　　2 H2O　　 → 　O2 + 2 H2
となります。このことを確かめる実験をしましょう。

 

　実　験　１

　水の電気分解　：　爆鳴気実験
● スポイトの中で水を電気分解しよう（爆鳴気とは？）
　　この実験はまわりの人に知らせてから行ってください。
　
ア．プラスチックピペットにNaOH溶液を肩のところまで吸 い上げる。
イ．待ち針2本を互いに接触しないようにプラスチックピペッ トの肩に刺す。
ウ．セルプレートの一つのウェルに水道水を九分目と洗剤５滴 を入れる。
エ．プラスチックピペットを同じセルプレートの一つのウェル に立て，先端を洗剤の入ったウェルに入れる。
（図１参照）
オ．待ち針を乾電池につなぎ，電解を開始する。
カ．洗剤を加えたウェルに泡が盛り上がったら火を近づける。 大きな音で爆発が起こる。
爆鳴気と名づけられている気体である。
キ．10秒ほどたって泡が再び盛り上がったらまた火を近づけ る。

水は電気をほとんど通しません。そのため電気分解のときには電解質 を加えます。電解質としては，水酸化ナトリウムや硫酸がよく使われます。硫酸ナトリウムも使うことができます。硫酸ナトリウムは，多くの温泉の成分で入浴 剤によく使われています。

探究実験：上と同じように水素の気体を泡にして火をつけて音を比較してみよう。

　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図1　▲　発生した水素がウエルに泡となって盛り上がる　
　 　　　　　爆名気実験ムービー(Quick mov)　　
　　　▲　火を付けると　→　　？

　実　験　2

　水の電気分解で発生する気体の体積比を調べる

超小型電解装 置の組み立て：　

1) 電解支持板の二つの穴にツベルクリン用プラスチック注射器のシリンダーを下から通す。
2) シリンダーの縁をカッターで適宜切り落とし，１２ウェルセルプレートの一つのウェルに、
下の写真のように乗せられるようにする。
3) 注射器の先に三方活栓をつける。
4) これらの注射器の0.80 ｍLの目盛のところに待ち針を刺し込んで電極とする。
5) 一度組み立てると，この器具は半永久的に繰り返し使うことができる。

ア． セルプレートの一つのウェルにNaOH水溶液約3.5 ｍLを入れ，その上に注射筒つきの電解支持板を固定する。

イ． 注射筒の上の活栓にシリコーンチューブを用いて２ｍL注射器を接続し，活栓を開いて１ｍL注射筒にNaOH

　　水溶液を吸い上げ活栓を閉じる。

ウ． 2本の注射筒をNaOH水溶液で満たしたら，活栓を閉じチューブと２ｍL注射器を外す。

エ． 待ち針に乾電池を接続して電気分解を開始する。

オ． 待ち針から気体の発生が観察される。注射筒の目盛で気体の体積を読み記録する。

　

探究実験　１．水酸化ナトリウム水溶液の代わりに炭酸ナトリウム水溶液を使うとどうなるだろうか。
　　　　　
　　　　　

▲　陰極と陽極に気体が発生する→気体 の種類と体積比は？　▲発生し た水素を集め、注射筒で抜き取る　　▲空中に舞い上がるか？

　実　験　3

　その他の水溶液で電気分解　：　電極反応
●　陽 極と陰極での反応を観察しよう
　
　※プレートを洗い，水をぬぐって次の実験を行う。
 

ア． 硫酸ナトリウム中の水の電気分解
 
1) 電解シートに指示されているウェルに硫酸ナトリウム溶液約2 mLとムラサキキャベツ試験液を5滴入れる。
　何色になるでしょう？
2) ウェルを２分するようにろ紙片を立てる。
3) その上に電極板を置き，2本の炭素電極がろ紙の両側にくるように立てる。
4) 導線を使って，電極を乾電池に正負を間違えないようにつなぐ。
5) 気体の発生，ろ紙の両側の色の変化を観察する。においはどうか。結果をシートに記入する。
 
どうしてこのような変化が起こるかシートの反応式と見比べて 説明考察しよう。
　
イ． 塩化ナトリウム溶液の電気分解
1) シートに指示されているウェルに塩化ナトリウム溶液約2 ｍLとムラサキキャベツ試験液を5滴入れる。
2) ウェルを２分するように、ろ紙片を立てる。
3) その上に電極板を置き，そこに炭素電極を２本立てる。
4) 導線を使って乾電池に正負を間違えないようにつなぐ。
5) 気体の発生，色の変化（電解を始めるとすぐに変わるので見落とさないように）を観察する。においはどうか。
 
どうしてこのような変化が起こるか説明しよう。
　
ウ． 任意の電解質水溶液の電気分解
　用意してある炭酸ナトリウム,　酢酸ナトリウム,　塩化銅（?）, 塩化カリウム、硫酸マグネシウムなどの電解質から適宜選び、電気分解の際どのような反応が起こるか予想してみよう。
ア、イ．と同様に実験して確かめよう。
電極で起こっている反応を化学反応式で表そう。
BTB,食紅、フェノールフタレインなど適宜加えて使っ て予想を確かめよう。
 

　

　

　　

　　　　▲　電極反応の例

●参考文献:　荻野和子, 東海林恵子　「簡単にできる電気分 解の実験」化学と教育, (1998).