外部電源から電流を流して自然には起こらない方向に\textcolor{red}{強制的に酸化還元反応}を起こす.} \\
\textbf{\textcolor{forestgreen}{電池とは逆}}に,\ \textbf{\textcolor{red}{電気エネルギーが化学エネルギーに変換}}される. \bm{電池の正極と接続した電極を陽極,\ 電池の負極と接続した電極を陰極}という. \\[.2zh]
電流と\ce{e-}の移動は逆向きなので,\,\bm{陽極で\ce{e-}を失う酸化反応},\,\bm{陰極で\ce{e-}を受け取る還元反応}が起こる. \\[.2zh]
各極が酸化か還元かをその都度判断するのは面倒で危険なので,\ 原理を理解した上で暗記を推奨する. \\[.2zh]
例えば,\ 「\bm{正極は還元で他は全て逆}」とだけ覚えておけば済む.
優先順位 & \textbf{\textcolor{cyan}{陽極}\ (電源の\textcolor{cyan}{正極}側)：最も酸化されやすい物質が\textcolor{forestgreen}{酸化}される} 電極が\ce{Ag}か\ce{Cu}}}なら,\ \textbf{\textcolor{red}{電極自身が溶解する}} 水溶液中に\ce{Cl-},\ \ce{Br-},\ \text{\textbf{I}}^-}}\,があるなら,\ \bm{\textcolor{red}{単体(\ce{Cl2},\ \ce{Br2},\ \mathRM{I}_{\ce{2}})が生成}}する \\[.2zh]
褐色水溶液}}) \\ \hline
& \textbf{\textcolor{red}{酸素\,\ce{O2}\,が発生}}するpHが下がる}}) \\[.2zh]
\textbf{3位} & \bm{酸性・中性条件 \ce{2H2O}\,\ce{->}\,\ce{O2 ^}\,+\,\ce{4H+}\,+\,\ce{4e-}} \ (\textcolor{forestgreen}{\ce{H+}増加}) \\[.2zh]
& \bm{塩基性条件 \ce{4OH-}\,\ce{->}\,\ce{O2 ^}\,+\,\ce{2H2O}\,+\,\ce{4e-}}\ \ (\textcolor{forestgreen}{\ce{OH-}減少優先順位 & \textbf{\textcolor{magenta}{陰極}\ (電源の\textcolor{magenta}{負極}側)：最も還元されやすい物質が\textcolor{Purple}{還元}される} \\\hline
\multirow{2}*{\textbf{1位}} & \textbf{\textcolor{red}{水溶液中に\ce{Ag+}か\ce{Cu^2+}}}があるなら,\ \textbf{\textcolor{red}{単体が析出}}する \\
酸性条件
& \bm{中性・塩基性条件
電気分解は嫌われがちだが,\ \bm{陽極の酸化反応と陰極の還元反応の優先順位を覚えるだけ}である. \\[1zh]
\bm{酸素\ce{O2},\ 水素\ce{H2}\,が発生する場合,\ 液性によって反応式が変わる}ことに注意する. \\[.4zh]
陽極・陰極共に酸性条件の反応式さえ覚えておけば,\ 塩基性条件の反応式は作成できる. \\[1zh]
陽極 塩基性条件では,\ 発生した\ce{H+}\,が\ce{OH-}\,と中和して\ce{H2O}になる. \\[.4zh]
陰極 中性・塩基性条件では,\ \ce{H+}\,がほとんど存在しないので\ce{H2O}が還元される. \\[.4zh]
pH}=-\,\log_{10}[\ce{H+}]}\ であった(\,\ce{H+}のモル濃度[\ce{H+}]が大きいほど\text{pH}が小さくなる). \\[.4zh]
よって,\ \bm{陽極で\ce{O2}\,または陰極で\ce{H2}\,の一方のみが発生する}とき,\ \textbf{電解液のpHが変化する.} \\[.4zh]
\bm{陽極で\ce{H+}\,の増加や\ce{OH-}\,の減少が起こると,\ \textbf{pH}は下がる.}\ \
\bm{陰極で\ce{H+}\,の減少や\ce{OH-}\,の増加が起こると,\ \textbf{pH}は上がる.
O2}\,と\ce{H2}\,の両方が発生する}とき,\ \maru{\text A}と\maru{\text B}が相殺し,\ \bm{電解液の\text{\textbf{pH}}は変化しない(実質\bm{\ce{H2O}の電気分解}).}$}} \\[1zh]
ハロゲンは,\ 電気陰性度(電子を引きつける強さの度合い)が\ce{F}>\ce{Cl}>\ce{Br}>\mathRM Iである. \\[.2zh]
\ce{Cl-},\,\ce{Br-},\,\mathRM I^-の混合水溶液の電気分解では,\ 電気陰性度の小さい\mathRM{I}^-から順に酸化される(電子を失う). \\[.2zh]
陽極で\text{I}\ce{_2}\,が発生すると,\ \bm{\textbf{I}\ce{_2}\,+\,\textbf{I}^-\,\ce{<=>}\,{\textbf{I}\ce{_3}}^-}\ によって褐色の三ヨウ化物イオンとなる. \\[.4zh]
電気陰性度最大の\ce{F-}は水溶液中では酸化されない. \\[1zh]
陰極では,\ \bm{イオン化傾向が\ce{Al}以上の金属が還元されて単体になることはない.} \\[.2zh]
\bm{水溶液中にイオン化傾向が中程度の\ce{Zn^2+},\ \ce{Fe^2+},\ \ce{Ni^2+}\,が含まれている場合はやや複雑である.} \\[.2zh]
\bm{金属単体の析出と水素\ce{H2}\,の発生が同時に起こり,\ どちらが優勢かは濃度や電圧の条件による.} \\[1zh]
電極には,\ 化学的に安定している白金\ce{Pt}や黒鉛\ce{C}が用いられることが多い. \\[.4zh]
ただし,\ \bm{\ce{Cl2}\,が発生する場合,\ \ce{Pt}電極とは反応して侵されるので,\ \ce{C}電極を用いる.} \\[.4zh]
また,\ \bm{\ce{O2}\,が発生する場合,\ \ce{C}電極は\ce{CO2}\,に変化して侵されるので,\ \ce{Pt}電極を用いる.次の水溶液を電気分解したときの陽極と陰極の反応式を書け. \\[1zh]
\hspace{.5zw} (1)\ \ \ce{H2SO4}\,水溶液(陽極\ce{Pt},\ 陰極\ce{Pt}) \ \ \ \,(2)\ \ \ce{NaOH}水溶液(陽極\ce{Pt},\ 陰極\ce{Pt}) \\[.5zh]
\hspace{.5zw} (3)\ \ \ce{NaCl}水溶液(陽極\ce{C},\ 陰極\ce{C}) \ \ (4)\ \ \ce{Na2SO4}\,水溶液(陽極\ce{Pt},\ 陰極\ce{Pt}) \\[.5zh]
\hspace{.5zw} (5)\ \ \ce{CuSO4}\,水溶液(陽極\ce{Cu},\ 陰極\ce{Cu}) \ \ \,(6)\ \ \ce{AgNO3}\,水溶液(陽極\ce{Pt},\ 陰極\ce{Pt}) \\[.5zh]
\hspace{.5zw} (7)\ \ \ce{CuCl2}\,水溶液(陽極\ce{C},\ 陰極\ce{C}) \ \ \ \ (8)\ \ \ce{K}I水溶液(陽極\ce{Pt},\ 陰極\ce{Pt}) H2SO4}\,水溶液(陽極\ce{Pt},\ 陰極\ce{Pt})
陽極と陰極それぞれ,\ \bm{暗記しておいた優先順位に従って判断する.} \\[.2zh]
\bm{\ce{O2}\,(陽極)や\ce{H2}\,(陰極)が発生する場合は,\ 水溶液の液性も考慮する}必要がある. \\[.4zh]
正塩の水溶液の液性の判断方法については,\ 「酸と塩基」分野で学習済みなので,\ 簡潔な解説に留める. \\[1zh]
正塩(化学式の中に\ce{H}も\ce{OH}も含まない塩)の水溶液の液性 \begin{cases}
強酸と強塩基由来の正塩 中 性 \\[.2zh]
強酸と弱塩基由来の正塩 酸 性 \\[.2zh]
弱酸と強塩基由来の正塩 塩基性
(1)\ \ 陽極 電極は\ce{Ag}\,でも\ce{Cu}でもない\ \ →\ \ 水溶液中に\ce{Cl-},\ \ce{Br-},\ \text{I}^-\,なし\ \ →\ \ \bm{酸素\ce{O2}\,発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 陰極 水溶液中に\ce{Ag+}\,や\ce{Cu^2+}\,はない\ \ →\ \ \bm{水素\ce{H2}\,発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 硫酸水溶液は当然酸性なので,\ 陽極・陰極ともに\bm{酸性条件}の反応式を書く. \\[1zh]
(2)\ \ 陽極 電極は\ce{Ag}\,でも\ce{Cu}でもない\ \ →\ \ 水溶液中に\ce{Cl-},\ \ce{Br-},\ \text{I}^-\,なし\ \ →\ \ \bm{酸素\ce{O2}\,発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 陰極 水溶液中に\ce{Ag+}\,や\ce{Cu^2+}\,はない\ \ →\ \ \bm{水素\ce{H2}\,発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 水酸化ナトリウム水溶液は当然塩基性なので,\ 陽極・陰極ともに\bm{塩基性条件}の反応式を書く. \\[1zh]
(3)\ \ 陽極 電極は\ce{Ag}\,でも\ce{Cu}でもない\ →\ 水溶液中に\ce{Cl-}\,があるので\bm{\ce{Cl2}\,が発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 陰極 水溶液中に\ce{Ag+}\,や\ce{Cu^2+}\,はない\ \ →\ \ \bm{水素\ce{H2}\,発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ \bm{\ce{NaCl}は強酸\ce{HCl}と強塩基\ce{NaOH}由来の正塩}なので水溶液は中性.\ \bm{中性条件}の反応式を書く. \\[1zh]
(4)\ \ 陽極 電極は\ce{Ag}\,でも\ce{Cu}でもない\ \ →\ \ 水溶液中に\ce{Cl-},\ \ce{Br-},\ \text{I}^-\,なし\ \ →\ \ \bm{酸素\ce{O2}\,発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 陰極 水溶液中に\ce{Ag+}\,や\ce{Cu^2+}\,はない\ \ →\ \ \bm{水素\ce{H2}\,発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ \bm{\ce{Na2SO4}\,は強酸\ce{H2SO4}\,と強塩基\ce{NaOH}由来の正塩}なので水溶液は中性.\ \bm{中性条件}の式を書く. \\[1zh]
(5)\ \ 陽極 電極は\ce{Cu}なので\bm{\ce{Cu^2+}\,となり電極が溶ける.} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 陰極 水溶液中に\ce{Cu^2+}\,があるので\bm{\ce{Cu}の単体が析出する.} \\[1zh]
(6)\ \ 陽極 電極は\ce{Ag}\,でも\ce{Cu}でもない\ \ →\ \ 水溶液中に\ce{Cl-},\ \ce{Br-},\ \text{I}^-\,なし\ \ →\ \ \bm{酸素\ce{O2}\,発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 陰極 水溶液中に\ce{Ag+}\,があるので\bm{\ce{Ag}の単体が析出する.} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ \bm{\ce{AgNO3}\,は強酸\ce{HNO3}\,と弱塩基\ce{AgOH}由来の正塩}なので水溶液は酸性.\ \bm{酸性条件}の式を書く. \\[1zh]
(7)\ \ 陽極 電極は\ce{Ag}\,でも\ce{Cu}でもない\ \ →\ \ 水溶液中に\ce{Cl-}\,があるので\bm{\ce{Cl2}\,が発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 陰極 水溶液中に\ce{Cu^2+}\,があるので\bm{\ce{Cu}の単体が析出する.} \\[1zh]
(8)\ \ 陽極 電極は\ce{Ag}\,でも\ce{Cu}でもない\ \ →\ \ 水溶液中に\text{I}^-\,があるので\bm{\text{\textbf{I}}_{\ce{2}}\,発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 陰極 水溶液中に\ce{Ag+}\,や\ce{Cu^2+}\,はない\ \ →\ \ \bm{水素\ce{H2}\,発生} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ \bm{\ce{K}\text{\textbf{I}}\,は強酸\ce{H}\text{\textbf{I}}と強塩基\ce{KOH}由来の正塩}なので水溶液は中性.\ \bm{中性条件}の式を書く. \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 3大強酸(塩酸・硫酸・硝酸)に加え,\ \ce{HCl}と同じハロゲン化水素の\bm{\ce{HBr}と\ce{H}\text{\textbf{I}}も強酸}である.
