化学かがく変化へんか と 電池でんち

この 章しょう で 学まなぶ こと

第だい 5 章しょう は、 第だい 4 章しょう 「水溶液すいようえき と イオン」 を 受 け、 「化か学がく変へん化か と 電池でんち」 を 学がく び ます。 イオン が や り と り す る 電子でんし が、 電気エネルギーでんきエネルギー を 生なま み 出で す しく み を 知ち り ます。

• 酸化さんか と 還元かんげん (電子でんし の や り と り) を 知ち る
• 酸化還元反応さんかかんげんはんのう が 同時どうじ に 起おこし こ る こ と を 理り解かい す る
• 電池でんち の 基本きほん の しく み を 知ち る
• ボルタ電池ボルタでんち と ダニエル電池ダニエルでんち の ちが い を 知ち る
• 燃料電池ねんりょうでんち の しく み と 環かん境きょう価か値ち を 知ち る
• 金きん属ぞく の イオン化傾向いおんかけいこう で 反はん応のう の 強つよ さ を 比ひ較かく で き る
• 一次電池いちじでんち と 二次電池にじでんち の ちが い を 知ち る
• 電池でんち の 短絡たんらく と 廃棄はいき の 安全あんぜん を 学がく ぶ

ポイント: 「電池でんち」 と は、 「化か学がく変へん化か (酸化さんか還元かんげん) を 利り用よう し て 電気エネルギーでんきエネルギー を 取と り 出で す 装そう置ち」 で す。 中なか 2 で 学がく ん だ 「電流でんりゅう」 が、 化か学がく と つ な が り ます。

1. 酸化さんか と 還元かんげん

酸化さんか と は

物質ぶっしつ が 酸素さんそ と 結むすぶ び つ く 反応はんのう、 ま た は 電子でんし を 失しつ う 反はん応のう を 酸化さんか と 言げん い ます。

還元かんげん と は

物質ぶっしつ か ら 酸素さんそ が 取と り 除じょ か れ る 反はん応のう、 ま た は 電子でんし を 受 け 取と る 反はん応のう を 還元かんげん と 言げん い ます。

酸化さんか と 還元かんげん は 同時どうじ に 起おこる

酸化さんか が 起おこし こ る と き、 必 ず 還元かんげん も 同時どうじ に 起おこし こ り ます。 こ れ を 酸化還元反応さんかかんげんはんのう と 言げん い ます。

| 反応はんのう例れい | 酸化さんか さ れ た 物もの | 還元かんげん さ れ た 物もの | |---|---|---| | 2CuO + C → 2Cu + CO₂ | C (酸素さんそ と 結合けつごう) | CuO (酸素さんそ を 失しつ う) | | 2Mg + O₂ → 2MgO | Mg (酸素さんそ と 結合けつごう) | — (O₂ も 還元かんげん と 見み る) | | Fe + S → FeS | Fe (電子でんし を 失しつ う) | S (電子でんし を 受 け 取と る) | | Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu | Zn (電子でんし を 失しつ う) | Cu²⁺ (電子でんし を 受 け 取と る) |

電子でんし で 見みる 酸化さんか還元かんげん

酸化さんか と 還元かんげん を 電子でんし で 見み る と、 と て も 分ぶん か り や す く な り ます。

| 反応はんのう | 電子でんし の 動どう き | |---|---| | 酸化さんか | 電子でんし を 失しつ う (e⁻ を 出で す) | | 還元かんげん | 電子でんし を 受 け 取と る (e⁻ を も ら う) |

例れい: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (亜あ鉛えん が 酸化さんか さ れ て 電子でんし を 出で す) 例れい: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (銅どう イオン が 還元かんげん さ れ て 電子でんし を 受 け 取と る)

大事だいじ: 中学ちゅうがく で は 「酸素さんそ の 出入しゅつにゅう り」 で 説せつ明めい さ れ る こ と が 多おお い で す が、 高校こうこう で は 「電子でんし の 出入しゅつにゅう り」 で 統一とういつ し ま す。 中なか 3 か ら 電子でんし で 考こう え る 癖くせ を つ け ま し ょう。

2. 金属きんぞく の イオン化いおんか傾向けいこう

イオン化いおんか傾向けいこう と は

金きん属ぞく が 陽イオンひイオン に な り や す さ を イオン化傾向いおんかけいこう と 言げん い ます。

主おも な 金属きんぞく の イオン化いおんか傾向けいこう (大おおきい 順じゅん)

順位じゅんい	金属きんぞく	反応はんのう性せい
1	K (カリウム)	非常ひじょう に 強つよ い
2	Ca (カルシウム)	強つよ い
3	Na (ナトリウム)	強つよ い
4	Mg (マグネシウム)	や や 強つよ い
5	Al (アルミニウム)	や や 強つよ い
6	Zn (亜あ鉛えん)	中なか
7	Fe (鉄てつ)	中なか
8	Ni (ニッケル)	弱じゃく め
9	Sn (ス ズ)	弱じゃく め
10	Pb (鉛なまり)	弱じゃく め
11	(H) (水すい素そ)	基準きじゅん
12	Cu (銅どう)	弱じゃく い
13	Hg (水すい銀ぎん)	弱じゃく い
14	Ag (銀ぎん)	弱じゃく い
15	Au (金きん)	ほ ぼ 反応はんのう し な い

イオン化いおんか傾向けいこう の 使つかい方かた

比ひ較かく	結果けっか
Zn と Cu²⁺ (硫りゅう酸さん銅水溶よう液えき)	Zn の 方かた が [[イオン化傾向
Cu と Ag⁺ (硝しょう酸さん銀水溶よう液えき)	Cu の 方かた が [[イオン化傾向
Au と HCl	Au の [[イオン化傾向

ポイント: イオン化傾向いおんかけいこう が 大だい き い 金きん属ぞく ほ ど 「陽イオンひイオン に な り や す く = 酸化さんか さ れ や す い」。 こ の 性せい質しつ を 利り用よう し て 電池でんち が 作さく れ ます。

3. 電池でんち の しくみ

電池でんち と は

電池でんち と は、 「化か学がく変へん化か (酸化さんか還元かんげん) を 利り用よう し て 電気エネルギーでんきエネルギー を 取と り 出で す 装そう置ち」 で す。

電池でんち の 基本きほん構成こうせい

要素ようそ	役割やくわり
**[[負極	ふきょく]]** (マ イ ナ ス 極ごく)
**[[正極	せいきょく]]** (プ ラ ス 極ごく)
**[[電解液	でんかいえき]]**
**[[導線	どうせん]]**

電子でんし と 電流でんりゅう の 向むき

• 電子でんし は 負極ふきょく → 導線どうせん → 正極せいきょく の 向むこう き に 動どう く
• 電流でんりゅう は そ の 逆ぎゃく、 正極せいきょく → 導線どうせん → 負極ふきょく の 向むこう き と 定義ていぎ さ れ る (歴史れきし的てき な 約やく束そく)

大事だいじ: 電子でんし と 電流でんりゅう は 逆ぎゃく向むこう き で す。 こ れ は 中なか 2 で も 出で て き ま し た。 中なか 3 で は 「負極ふきょく で 酸化さんか、 正極せいきょく で 還元かんげん」 が 起おこし こ る と セ ッ ト で 覚さとし え ま し ょう。

4. ボルタ電池でんち と ダニエル電池でんち

ボルタ 電池でんち

1800 年ねん に イタリア の ボルタ が 作さく っ た 世せ界かい初 の 電池でんち。

要素ようそ	内容ないよう
[[負極	ふきょく]]
[[正極	せいきょく]]
[[電解液	でんかいえき]]
[[負極	ふきょく]] の 反応はんのう
[[正極	せいきょく]] の 反応はんのう

問もん題だい点てん: 正極せいきょく で 水素すいそ気体きたい が 銅板どうばん に つ い て 電流でんりゅう を 妨 げ る (分極ぶんきょく)。 す ぐ 弱じゃく く な る。

ダニエル 電池でんち

1836 年ねん に イギリス の ダニエル が ボルタ 電でん池ち を 改良かいりょう し た 電でん池ち。

要素ようそ	内容ないよう
[[負極	ふきょく]]
[[正極	せいきょく]]
[[負極	ふきょく]]側[[電解液
[[正極	せいきょく]]側[[電解液
セロハン や **[[素焼き板	すやきいた]]**
[[負極	ふきょく]] の 反応はんのう
[[正極	せいきょく]] の 反応はんのう

ポイント: ダニエル 電でん池ち は 正極せいきょく で 銅どう が 析出せきしゅつ す る だ け で 気体きたい が 発生はっせい し な い た め、 ボルタ 電でん池ち よ り も 安あん定てい し て 長持ながもち ち し ます。

ボルタ と ダニエル の 比較ひかく

比較ひかく項目こうもく	ボルタ 電でん池ち	ダニエル 電でん池ち
発明はつめい年ねん	1800 年ねん	1836 年ねん
[[電解液	でんかいえき]]	1 種たね (う す い [[硫酸
[[負極	ふきょく]] の 物質ぶっしつ	亜あ鉛えん
[[正極	せいきょく]] の 物質ぶっしつ	銅どう
[[正極	せいきょく]] で の 反応はんのう	水すい素そ が 発生はっせい
安定あんてい性せい	弱じゃく い ([[分極	ぶんきょく]])

5. 一いち次じ電池でんち と 二に次じ電池でんち

一いち次じ電池でんち と 二に次じ電池でんち

種しゅ類るい	性せい質しつ	例れい
**[[一次電池	いちじでんち]]**	1 回かい使し い 切せつ り、 [[充電
**[[二次電池	にじでんち]]** ([[蓄電池	ちくでんち]])

主おも な 電池でんち の 種類しゅるい

| 電池でんち | 種しゅ類るい | 用途ようと | |---|:---:|---| | マンガン 乾電池でんち | 一次いちじ | リモコン、 時計とけい | | アルカリ 乾電池でんち | 一次いちじ | 強力きょうりょく機器きき (ライト 等とう) | | リチウム 電池でんち (ボタン) | 一次いちじ | 腕時計うでどけい | | 鉛蓄電池なまりちくでんち | 二次にじ | 自じ動どう車しゃバッテリー | | ニッケル水素電池ニッケルすいそでんち | 二次にじ | 充じゅう電でん式しき単たん三さん電でん池ち | | リチウム イオン 電池でんち | 二次にじ | スマホ、 ノート PC、 EV (電気でんき自じ動どう車しゃ) | | 燃料電池ねんりょうでんち | (連続れんぞく供きょう給きゅう) | 燃料電池ねんりょうでんち自じ動どう車しゃ (FCV) |

二に次じ電池でんち の 仕組しくみ

充電じゅうでん と は、 電池でんち に 逆ぎゃく向むこう き の 電流でんりゅう を 流ながれ し て、 化か学がく反はん応のう を 逆ぎゃく戻もど し す る こ と で す。

状じょう態たい	化か学がく反はん応のう
放電ほうでん (使し う)	元もと の 物質ぶっしつ → 反応はんのう後ご の 物質ぶっしつ
充電じゅうでん	反応はんのう後ご の 物質ぶっしつ → 元もと の 物質ぶっしつ

6. 燃料ねんりょう電池でんち

燃料ねんりょう電池でんち と は

燃料電池ねんりょうでんち は、 水すい素そ (H₂) と 酸素さんそ (O₂) を 化か学がく反はん応のう さ せ て 電気でんき を 作さく る 装そう置ち。 反はん応のう後 に 出で る の は 水すい だ け な の で、 環かん境きょう に や さ し い 電池でんち と し て 注ちゅう目もく さ れ て い ます。

燃料ねんりょう電池でんち の 反応はんのう

場所ばしょ	反応はんのう
[[負極	ふきょく]] (水すい素そ側)
[[正極	せいきょく]] ([[酸素
全体ぜんたい	2H₂ + O₂ → 2H₂O

燃料ねんりょう電池でんち の 特徴とくちょう

特とく徴ちょう	くわ し く
反はん応のう後 の 排出はいしゅつ物ぶつ	水すい (H₂O) だ け
二酸化炭素にさんかたんそ排出はいしゅつ	0 (走行そうこう時じ)
効率こうりつ	高こう い (60 % 以上いじょう の こ と も)
燃料ねんりょう	[[水素
課題かだい	[[水素

用途ようと

用途ようと	例れい
[[燃料電池	ねんりょうでんち]]自じ動どう車しゃ
家庭かてい用よう[[燃料電池	ねんりょうでんち]]
業ぎょう務む用[[電源	でんげん]]
宇う宙ちゅう開発かいはつ	アポロ 計画けいかく で 採用さいよう

7. 安全あんぜん配慮はいりょ と ふりかえり

電池でんち の 取扱とりあつかい 注意ちゅうい

電池でんち は 化か学がく反はん応のう を 含 む た め、 取扱とりあつかい い を 誤あやま る と 発熱はつねつ・漏液もえき・爆発ばくはつ の 危き険けん が あ り ます。

場ば面めん	危き険けん	対たい策さく
[[電池	でんち]] の **[[短絡	たんらく]]** (シ ョ ー ト)
[[電池	でんち]] を 逆ぎゃく向むこう き に 入いり れ る	発熱はつねつ、 [[漏液
混こん在ざい (新しん + 古いにしえ、 種類しゅるい違 い)	[[漏液	もえき]]、 性せい能のう低下ていか
[[電池	でんち]] を 火ひ に 入いり れ る	**[[爆発
[[電池	でんち]] を 分解ぶんかい す る	[[薬品
使用しよう済すみ み を 普ふ通つう ご み に	火災かさい・環かん境きょう汚お染せん	**[[電池

化学かがく実験じっけん の 安全あんぜん

場ば面めん	危き険けん	対たい策さく
ボルタ・ダニエル 電でん池ち の 製せい作さく	う す い [[硫酸	りゅうさん]]・銅どう イ オ ン 水すい溶よう液えき
金きん属ぞく と [[薬品	やくひん]] の 反応はんのう	水すい素そ[[気体
[[燃料電池	ねんりょうでんち]] の 実じっ験けん	水すい素そ の 取扱とりあつかい い

廃棄はいき ルール

| 電池でんち の 種しゅ類るい | 廃はい棄き方法ほうほう | |---|---| | 乾電池でんち (マンガン・アルカリ) | 電池でんち回収かいしゅう ボックス (ホームセンター・ス ー パ ー) | | ボタン 電池でんち | 電池でんち回収かいしゅう ボックス (販はん売ばい店てん) | | リチウム イオン 電池でんち | 資源しげん回収かいしゅう (発火はっか の 危き険けん あ り、 専用せんよう ル ー ト) | | 自じ動どう車しゃバッテリー (鉛蓄電池なまりちくでんち) | カー シ ョップ・ガ ソ リ ン スタンド |

大事だいじ: 電池でんち を 普ふ通つう ご み に 出で す と、 ご み 収集しゅう車しゃ や 処理しょり場じょう で 発火はっか す る 事故じこ が 増まし え て い ます。 必 ず 回収かいしゅう ボックス に 出で し ま し ょう。

この 章しょう の ふりかえり

• 酸化さんか と 還元かんげん (電子でんし の 出入しゅつにゅう り) が 言げん え る
• 酸化還元反応さんかかんげんはんのう が 同時どうじ に 起おこし こ る こ と を 説せつ明めい で き る
• イオン化傾向いおんかけいこう の 大だい ま か な 順じゅん (K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Cu > Ag > Au) が 言げん え る
• 電池でんち = 酸化さんか還元かんげん で 電でん気き を 取と り 出で す 装そう置ち が 言げん え る
• 負極ふきょく で 酸化さんか、 正極せいきょく で 還元かんげん が 言げん え る
• ボルタ電池ボルタでんち と ダニエル電池ダニエルでんち の 構成こうせい と ち が い を 言げん え る
• 一次電池いちじでんち と 二次電池にじでんち の ち が い (使し い 切せつ り vs 充電じゅうでん) が 言げん え る
• 燃料電池ねんりょうでんち の 反はん応のう (2H₂ + O₂ → 2H₂O) と 環かん境きょう価値かち を 言げん え る
• 電池でんち の 安全あんぜん ル ー ル (短絡たんらく禁止きんし・廃はい棄き) を 守まもり れ る

この 章しょう の 安全あんぜん配慮はいりょ

• 電池でんち の 短絡たんらく (プ ラ ス と マ イ ナ ス を 直接ちょくせつ結ゆい ぶ) を 絶対ぜったい に し な い
• 電池でんち を 火ひ に 入いり れ な い、 分解ぶんかい し な い
• 使用しよう済すみ み 電池でんち は 回収かいしゅう ボックス に 出で す (普ふ通つう ご み 厳禁げんきん)
• 電池でんち製せい作さく実験じっけん で 保護メガネほごメガネ 必ひっ須す、 服ふく に 薬やく品ひん を 付つけ け な い
• 水すい素そ が 発生はっせい す る 反はん応のう は 火気かき厳禁げんきん、 必 ず 換気かんき
• 実験じっけん後 の 薬品やくひん は 流ながれ し に 捨 て ず、 必 ず 先生せんせい の 指し示じ に 従 う

次じの 章しょう: 中なか 3 理り科か後半こうはん で は、 化か学がく か ら 生物せいぶつ (細胞分裂さいぼうぶんれつ・遺伝いでん) と 地ち学がく (太陽系たいようけい・宇宙うちゅう) に 進すすむ み ます。 中なか 1・中ちゅう 2 で 学まなんだ 「身み の 回かい り の 自然しぜん」 が、 「生命せいめい の 連れん続ぞく性せい」 と 「宇宙うちゅう の 中なか の 地ち球きゅう」 に つ な が る 章しょう で す。

まとめ — 化学かがく変化へんか と 電池でんち を 3 行くだりで

• 電池でんち は 酸化還元反応さんかかんげんはんのう (電子でんしのやりとり) を利用りようして化学かがくエネルギーを 電気エネルギーでんきエネルギー に変換へんかんする装置そうちである
• ボルタ電池ボルタでんち ・ダニエル電池ダニエルでんち では イオン化傾向いおんかけいこう の大おおきい金属きんぞくが 負極ふきょく で酸化さんかされ、 小ちいさい金属きんぞくが 正極せいきょく で還元かんげんされる
• 一次電池いちじでんち (使つかい切きり) と 二次電池にじでんち (充電じゅうでん可能かのう) があり、 燃料電池ねんりょうでんち は 2H₂ + O₂ → 2H₂O で水みずしか生しょうじない環境かんきょうに優やさしい電源でんげんである