銅の電解精錬

copper-electrolytic-refining
陽極泥} 粗銅}\ :純度99\%)\ {Cu> Cu²+ + 2e-} 陰極} {Cu²+ + 2e- Cu}\ (純銅}\ :純度99.99\%) 粗銅中の不純物}  イオン化傾向の{大きい金属 電解液中に溶けだす} 小さい金属 陽極の下に沈殿する}(陽極泥}) 鉱石から{製錬}によって得られた金属の純度を高める操作を{精錬}という. 純度99\%の粗銅を陽極,\ 純度99.99\%の純銅を陰極,\ CuSO₄aq}を電解液として電気分解する. すると,\ 陽極では粗銅{Cu}が酸化されて{Cu²+}となり,\ 電解液中に溶け出す. また,\ 陰極では電解液中の{Cu²+}が還元されて{Cu}が析出する. 全体として,\ {Cu}が陽極から陰極に移動したように見える. 粗銅中の{銅よりもイオン化傾向の大きい金属{Zn},\ {Fe},\ {Ni}はイオンとなり,\ 電解液中に溶け出す.} これらは陰極で還元されて析出することもなく,\ 電解液中にイオンのまま残る. 粗銅中の{銅よりもイオン化傾向の小さい金属{Au},\ {Pt},\ {Ag}は単体で析出し,\ 陽極の下に沈殿}する. {Pb}は銅よりもイオン化傾向が大きいから,\ {Pb²+}となって溶け出す. ただし,\ {電解液中の{SO₄²-}によって不溶性の{PbSO₄}となり,\ 結局陽極泥になる.} 銀のみを不純物として含む粗銅を用いて10Aの電流で銅の電解精錬を行ったところ, 粗銅の質量が50g減少し,\ 純銅の質量が48g増大した.\ 電流を流した時間と粗銅に含 まれる銀の質量パーセントを求めよ. ${Cu}=64,\ F=9.6510⁴C/mol}$   流れた電子の物質量は   電流を流した時間を$x$とする.   陽極泥となった銀の質量は $50-48=2.0g}$ $ 銀の質量パーセントは  まず,\ {陰極の純銅の質量変化から流れた電子の物質量が求まる.} 銅以外に銀によっても質量が変化する陽極から求めることはできない. 陰極では\ {Cu²+ + 2e- Cu}\ より,\ 2mol}の{e-}で1mol}の{Cu}が析出}する. よって,\ 析出した{Cu}の物質量を2倍すると流れた電子の物質量が求まる. つまり,\ 流れた電気量は9.6510⁴1.5C}\ であり,\ これを電流10A}で割ると時間(秒)が求まる. {Ag}は反応せずにその場で沈殿するから,\ 陽極で起こる反応は\ {Cu Cu²+ + 2e-}\ のみである. 2mol}の{e-}が流れて陰極で48g}の{Cu}が析出したとき,\ 陽極では48g}の{Cu}が溶けだす}はずである. よって,\ 実際に減少した質量50g}のうち48g}が{Cu}であり,\ それ以外が不純物{Ag}の質量である.
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