《機械》〈電気化学〉[H25:問12]電気めっきに関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆(普通)

次の文章は,電気めっきに関する記述である。

金属塩の溶液を電気分解すると\( \ \fbox {  (ア)  } \ \)に純度の高い金属が析出する。この現象を電着と呼び,めっきなどに利用されている。ニッケルめっきでは硫酸ニッケルの溶液にニッケル板(\( \ \fbox {  (イ)  } \ \))とめっきを施す金属板(\( \ \fbox {  (ア)  } \ \))とを入れて通電する。硫酸ニッケルの溶液は,ニッケルイオン(\( \ \fbox {  (ウ)  } \ \))と硫酸イオン(\( \ \fbox {  (エ)  } \ \))とに電離し,ニッケルイオンがめっきを施す金属板表面で電子を\( \ \fbox {  (オ)  } \ \)金属ニッケルとなり,金属板表面に析出する。めっきは金属製品の装飾のほか,金属材料の耐食性や耐摩耗性を高める目的で利用されている。

上記の記述中の空白箇所(ア),(イ),(ウ),(エ)及び(オ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{ccccc}
& (ア) & (イ) & (ウ) & (エ) & (オ) \\
\hline
(1) & 陽 極 & 陰 極 & 負イオン & 正イオン & 放出して \\
\hline
(2) & 陰 極 & 陽 極 & 正イオン & 負イオン & 受け取って \\
\hline
(3) & 陽 極 & 陰 極 & 正イオン & 負イオン & 受け取って \\
\hline
(4) & 陰 極 & 陽 極 & 負イオン & 正イオン & 受け取って \\
\hline
(5) & 陽 極 & 陰 極 & 正イオン & 負イオン & 放出して \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

金属めっきはいろいろな元素で行われますが,すべて基本は同じです。めっきさせる金属を陽極,めっきしたい金属を陰極として,めっきの材質の金属イオンを含む水溶液の中で電気分解をさせます。

1.ニッケルめっきの原理
ニッケルめっきのイメージ図を図1に示します。金属ニッケルを陽極,めっきしたい金属(例えば鉄)を陰極として,硫酸ニッケル水溶液に入れて通電すると,陽極と陰極では以下の反応が起こります。

陽極:\(\mathrm {Ni} → {\mathrm {Ni}}^{2+} + 2\mathrm {e}^{-}\)
陰極:\({\mathrm {Ni}}^{2+} + 2\mathrm {e}^{-} → \mathrm {Ni}\)

陰極側にニッケルが析出されることで表面がニッケルでコーティングされ,ニッケルめっきとなります。

【解答】

解答:(4)
(ア)
ワンポイント解説「1.ニッケルめっきの原理」の通り,純度の高い金属を析出させるのは陰極となります。

(イ)
ワンポイント解説「1.ニッケルめっきの原理」の通り,ニッケル板を入れるのは陽極となります。

(ウ)
ワンポイント解説「1.ニッケルめっきの原理」の通り,ニッケルイオンは2価の陽イオン(正イオン)となります。金属は元素により異なりますが,2価の陽イオン(正イオン)となるものが多いです。

(エ)
硫酸ニッケル溶液は,化学式で表すと,
\[
\begin{eqnarray}
\mathrm {NiSO}_{4} &→& \mathrm {Ni}^{2+} + {\mathrm {SO}_{4}}^{2-} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となり,ニッケルイオンと硫酸イオンに電離します。硫酸イオンは2価の陰イオン(負イオン)となります。

(オ)
ワンポイント解説「1.ニッケルめっきの原理」の通り,陰極ではニッケルイオンが電子を受け取って金属ニッケルとなります。