• 教材や実験の開発情報

亜鉛-銅によるダニエル電池を作成し、放電による金属表面の変化を観察します。

「動 画」基本操作編

□リード線やモータは濡らさないように。終了後は、金属板の表面をきれいに磨いて保管します。

「解 説」※以下、実験プリント補足編!

ダニエル電池の金属板付近では、亜鉛が電子を放出し亜鉛イオンとなり、銅イオンは電子を受け取り単体の銅に還元されます。

Zn → Zn2+ + 2e  …①

Cu2+ + 2e → Cu …②

それぞれの標準酸化電位を含めて電気化学的にみると…

Zn2+ + 2e = Zn – 0.762V_EZn

Cu2+ + 2e = Cu + 0.340V_ECu

酸化電位の差は E = ECu – EZn より、

Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ + 1.102V

この酸化電位 +1.102 V が、ダニエル電池の理論起電力となります。電池式は、電解液を組み合わせて…

(-)Zn|Zn2+・ZnSO4 | CuSO4・Cu2+|Cu|(+)

電池性能の低下について…化学電池は放電の進行によって化学反応の[速度 ]が低下し、劣化は電圧[降下 ]というかたちで表れます。その主な要因としては…

〇活物質濃度低下:反応に関わる化学物質の濃度が[低下 ]する。特に電極付近で起こることによる。

〇イオン伝導度の低下:電解質内の[ イオン ]の移動速度が低下する。電解質膜の劣化もイオン伝導度の低下をもたらす。

〇電極活性の低下:電極表面の[触媒 ]機能が低下することによる。

電池性能の測定について…最も簡便な方法として電池の内部抵抗の測定があります。内部抵抗 r は、開放電圧Eの電池に抵抗 R をつないで実際に電流を流した時にかかる電圧降下の割合で、V = [E-rI ]で表すことができます。また、抵抗にかかる端子電圧はオームの法則 V = RI により求まります。

V = E-rI   V = RI

電流 I を消去すると内部抵抗 r は、

r = R[(E/V)-1]

この内部抵抗rが、電池性能を判断するバロメータとなるのです。

回路に流れた電気量について…金属板の質量の変化から移動した電子の量がわかります。1molの物質量に相当する電子の電気量は、約96485〔C〕とわかっている(ファラデー定数)ので、おおよその電気量を算出することができるのです。移動した電子の量をn〔mol〕とおくと、

電気量:Q = n(電子の量)×96485〔C〕

しかも、電気量Q は、電流I〔A〕が流れ続けた時間t〔s〕の積でも表現されるので、

電力量:Q=It〔C〕

したがって、電気を流していた時間がわかれば、平均的に流れていた電流値も算出可能となります。


◇このブログで発信する情報は、取扱いに注意を要する内容を含んでおり、実験材料・操作、解説の一部を非公開にしてあります。操作に一定のスキル・環境を要しますので、記事や映像を見ただけで実験を行うことは絶対(!)にしないで下さい。詳細は、次の3書(管理者の単著作物)でも扱っているものが多いので参考にして下さい。




コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。