《機械》〈電気化学〉[H24:問7]電気化学システムに関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，電気化学システムに関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選びなさい。

電気エネルギーと化学エネルギーとの直接変換を担う電気化学システムは，基本構成として電子伝導体である二つの電極とイオン伝導体である$ \ \fbox {　（１）　} \ $とから構成されている。二つの電極はアノードとカソードと呼ばれ，各々役目が異なる。アノードでは$ \ \fbox {　（２）　} \ $反応が起こる。電池反応においては酸化剤と還元剤との反応エネルギーが電気エネルギーとして外部に取り出される。このとき，外部に取り出された電気量は，消費した酸化剤及び還元剤の物質量に比例する。これを$ \ \fbox {　（３）　} \ $の法則という。電池の放電において，酸化剤は$ \ \fbox {　（４）　} \ $極に用いられ，鉛蓄電池ではこの酸化剤として$ \ \fbox {　（５）　} \ $が利用されている。

〔問7の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　セパレータ　　　　　&（ロ）&　アノライト　　　　　&（ハ）&　ファラデー \\[ 5pt ] &（ニ）&　鉛　　　　　&（ホ）&　中　和　　　　　&（ヘ）&　マックスウェル \\[ 5pt ] &（ト）&　還　元　　　　　&（チ）&　酸　化　　　　　　&（リ）&　負 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　正　　　　　&（ル）&　オーム　　　　　&（ヲ）&　電解質 \\[ 5pt ] &（ワ）&　硫酸鉛　　　　　&（カ）&　参　照　　　　　&（ヨ）&　二酸化鉛 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

電気化学の分野における二次電池に関する出題です。二次電池はリチウムイオン電池やニッケルカドミウム電池等新しい電池が開発され，今後も電気自動車の普及等需要が拡大する可能性が高いため，電験においても出題される可能性が高い分野と言えると思います。

1.鉛蓄電池
代表的な二次電池（蓄電池）の一つで，正極と負極では以下のような反応となります。
正極では鉛原子の価数が$ \ 4 \ $の$ \ \mathrm {PbO_{2}} \ $から価数が$ \ 2 \ $の$ \ \mathrm {PbSO_{4}} \ $に変わる還元反応，負極では鉛原子の価数が$ \ 0 \ $の$ \ \mathrm {Pb} \ $から価数が$ \ 2 \ $の$ \ \mathrm {PbSO_{4}} \ $に変わる酸化反応となります。

①反応式（放電時，充電時は逆）
\[
\begin{eqnarray}
　正極&：& \mathrm {PbO_{2}} &+& \mathrm {{SO_{4}}^{2-}} &+& \mathrm {4H^{+}} + \mathrm {2e^{-}} &→& \mathrm {PbSO_{4}} &+& \mathrm {2H_{2}O } \\[ 5pt ] 　負極&：& \mathrm {Pb} &+& \mathrm {{SO_{4}}^{2-}} && &→& \mathrm { PbSO_{4}} &+& \mathrm {2e^{-} } \\[ 5pt ] \hline
　全体&：& \mathrm {Pb} &+& \mathrm {PbO_{2}} &+& \mathrm {2H_{2}SO_{4}} &→& \mathrm {2PbSO_{4}} &+& \mathrm {2H_{2}O } \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]