電池・電気分解ミニテスト10問｜電極・起電力・ファラデー則

正解：（1）アノードで酸化、カソードで還元

電子を放出する酸化がアノード、電子を受け取る還元がカソードです。この反応による定義は、ガルバニ電池と電解槽の両方で共通です。

正解：（1）Zn極が負のアノード、Cu極が正のカソードで、外部回路の電子はZn極からCu極へ流れる

Zn→Zn²⁺+2e⁻が酸化、Cu²⁺+2e⁻→Cuが還元です。放電中のガルバニ電池ではアノードが負、カソードが正です。塩橋は主にイオン移動で電気的中性を保ちます。

正解：（2）電源の正端子側がアノードで酸化、負端子側がカソードで還元

電解槽では外部電源が電子を引き抜く正端子側がアノード、電子を供給する負端子側がカソードです。アノード＝酸化、カソード＝還元は変わらず、正負だけが放電中のガルバニ電池と異なります。

正解：（1）Pb+PbO₂+2H₂SO₄→2PbSO₄+2H₂Oが進み、一般に硫酸濃度は低下する

負極Pbと正極PbO₂は放電でともにPbSO₄となり、硫酸が消費されて水が生成します。開放型電池では密度が充電状態の目安になりますが、温度補正や製品仕様が必要で、密閉型を自己判断で開けません。

正解：（4）+1.10V

標準還元電位を使い、E°cell=E°cathode−E°anode=+0.34−(−0.76)=+1.10Vです。実際の平衡電極電位は温度と各化学種の活量にも依存します。

正解：（4）Fは電子1molが持つ電気量の大きさで約9.6485×10⁴C/mol、一定電流ならQ=It

NISTのCODATA値は約96485.33C/molです。試験でF=96500C/molと指定されればその近似値を使います。1A=1C/sなので、時間は秒へ直してQ=Itを計算します。

正解：（2）0.0200mol

Q=It=2.00A×965s=1930C、n(e⁻)=Q/F=1930/96500=0.0200molです。先に電気量から電子のmolを求めてから、半反応式の電子係数を使います。

正解：（2）0.640g

Cuは電子2molにつき1mol析出するので、n(Cu)=0.0200/2=0.0100molです。質量は0.0100mol×64.0g/mol=0.640g。実際には副反応や電流効率も確認します。

正解：（3）カソードでCu²⁺が還元され、アノードで水が酸化される

この条件ではカソードでCu²⁺+2e⁻→Cu、アノードで水の酸化によるO₂発生を考えます。実際の優先反応は電極材質、濃度、電位、過電圧などで変わるため、条件を省略しません。

正解：（3）燃料と酸化剤を外部から供給し、電気化学反応で化学エネルギーを電気へ変換する

水素・酸素型は反応生成物として水を生じますが、燃料電池には複数方式があり、燃料処理や上流工程も含めた排出は条件で異なります。「燃焼させずに電気化学反応を使う」点を押さえます。