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千葉大2015年第2問の問2

Q


よろしければ2015年の千葉大の化学の大問2の問2の解説をお願いします。
電気分解による槽内のph変化についての問題なのですが、予備校の解説では納得ができませんでした。
具体的には、なぜ陽イオン交換膜が使われているのか?(イオン交換膜がある場合のphの考え方)(交換膜があっても、オキソニウムイオンは移動できる?)(そもそも陽イオン交換膜とはどういうものなのか)を知りたいです。
よろしくお願いします。

chiba_2015_chem_q2_q2.png


A


駿台さんのしか見てないですが,pHは13であっています。

まずイオン交換膜が使われる理由ですが,この実験は使わないで行うことも多いようです。あまり解けませんが,ヨウ素は水に溶けて次亜ヨウ素酸とヨウ化水素になるので,それらが水酸化カリウムと反応してしまうのを避けるためではないでしょうか(塩化カリウムの場合と同じですね)。

次に,イオン交換膜の仕組みですが,イオン交換樹脂と同じような構造を持つ化合物から作られています。具体的には陽イオン交換膜の場合は―SO3を持つものが代表的です。これは負に帯電しているため,陰イオンは電気的にはじかれてしまって通過することができません。一方,陽イオンは吸着と解離を繰り返しつつ,電極からかけられる電圧によって陰極側に移動していきます。

以上を考慮して本問の概要を図にすると次のようになります(係数は無視しています)。

chiba_2015_chem_q2_a2.png

なお,オキソニウムイオンについては通過可能ですが,もともと存在している量が非常に微量なので無視できます。例えば,ヨウ化カリウムではなく,ヨウ化水素酸の電気分解ならば陰極に移動するため中和反応が起こるはずです(塩酸+塩化ナトリウムで電解すると,水酸化ナトリウムはあまりできなくなります)。

問題に戻ると,0.5×1930÷96500=0.01molの電子が流れ,OHも同量です。陰極側の溶液の量は100mlなので,OHの濃度は0.1mol/Lです。よって,pHは13です。
ちなみに陽極側はほぼ中性のままです。
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コメント
コメント
解説ありがとうございました!
こんなに早く解説頂けてびっくりです。
詳しい図付きでありがとうございます。イオンの動きがわかりやすいです。
オキソニウムイオンは無視できるのですね。
Ph求めるときは何が無視できるのかよく考えます。
ありがとうございました!
2015/03/12(木) 13:14:17 | URL | 昨日質問した者です #- [ 編集 ]
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