voltaic-daniell

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起電力 \textcolor{red}{1.1V})} \\[1zh] \centerline{{\Large \dilutecolor{yellow}{.3}{dy}\colorbox{dy}{\textbf{($\bm{-}$) \textcolor{magenta}{\ce{Zn}} $\bm{|}$ \textcolor{purple}{\ce{H2SO4}\,aq} $\bm{|}$ \textcolor{cyan}{\ce{Cu}} (+)}}}} \\[1z \textcolor{magenta}{負極} \ce{Zn Zn^2+ + 2e-} (\textcolor{red}{亜鉛板が溶ける}) \\[.2zh] \textcolor{cyan}{正極} \ce{2H+ + 2e- H2} (\textcolor{red}{水素が発生})    正極で発生した\ce{H2}が銅板を包み, \textbf{電圧が低下(\textcolor{red}{分極})}するため, \textbf{\textcolor{red}{実用性なし}}. \\\\\\ ダニエル電池}(起電力 \textcolor{red}{1.1V})l 素焼き板}}}} \\[-.3zh] 負極} \ce{Zn Zn^2+ + 2e-}亜鉛板が溶ける}) \\[.2zh] \textcolor{cyan}{正極} \ce{Cu^2+ + 2e- Cu} 銅の単体が析出})    素焼き板の役割 2つの電解液が混じり合わないようにする.}イオンを通過させて電気的に接続する. ボルタ電池では,\ イオン化傾向の大きい亜鉛板が負極となって溶ける. \\[.2zh] 正極で電子を受け取ることができるのは電解液中の\ce{H+}\,である. \\[.2zh] 電極の銅が\ \ce{Cu + e- Cu-}\ のように電子を受け取ることはできない. \\[.2zh] \ce{H+}\,が還元されることで発生する\ce{H2}\,が原因で分極が生じるため,\ 実用性はない. \\[1zh] \ce{H2}\,によって分極するというボルタ電池の欠点を克服したのがダニエル電池である. \\[.2zh] 正極側の電解液に\ce{CuSO4}\,\text{aq}を使うことで,\ \ce{H+}\,ではなく\ce{Cu^2+}\,が還元される. \\[.2zh] また,\ 負極側には\ce{ZnSO4}\,\text{aq}を使用し,\ 2つの電解液を素焼き板で仕切る. \\[.2zh] もし仕切りがなければ,\ \ce{Zn}と\ce{Cu^2+}\,が直接電子の授受を行い,\ 導線に電子が流れなくなる. \\[.2zh] ただし,\ 仕切りは小さい穴が開いていてイオンが通過できるものでなければならない. \\[.2zh] 電池内でイオンが移動することで,\ 全体が電気回路として成立することになるからである. \\[.2zh] %放電によって負極側では陽イオン\ce{Zn^2+}\,が過剰に,\ 正極側では陰イオン\ce{SO4^2-}\,が過剰になる. \\[.2zh] このような役割を果たせる仕切りには,\ 素焼き板の他,\ セロハン膜,\ イオン交換膜,\ 塩橋がある. \\[1zh] 負極と正極の反応が平衡であると考える.  \ce{Zn Zn^2+ + 2e-}, \ce{Cu^2+ + 2e-Cu} \\[.2zh] \bm{ルシャトリエの原理(化学平衡は変化を相殺する方向に移動)}を用いて効率を上げることができる. \\[.2zh] \bm{負極側の\ce{ZnSO4}\,\text{\textbf{aq}}\ (\ce{Zn^2+})の濃度を低くする}と,\ \ce{Zn Zn^2 + 2e-}\ の方向に平衡が移動する. \\[.2zh] \bm{正極側の\ce{CuSO4}\,\text{\textbf{aq}}\ (\ce{Cu^2+})の濃度を高くする}と,\ \ce{Cu^2 + 2e- Cu}\ の方向に平衡が移動する. \\[.2zh] これにより,\ わずかに起電力を大きくし,\ 電池を長持ちさせることが可能になる.