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電気化学 進む

下記のダニエル電池を作成した。 銅電極と亜鉛電極には2φ×40mmの ワイヤーを使った。内径20mmの10mLビーカーに3mLの 0.01 mol・dm-3の硫酸銅水溶液と硫酸亜鉛水溶液を入れ、 ワイヤーがビーカーの底につくように深く浸漬した。 それぞれの水溶液を 飽和塩化カリウム水溶液を液絡とした塩橋を使って接続し、ダニエル電池を組み立てた。 そのダニエル電池に負荷として1kΩの抵抗器を接続して、電池を放電させた。

Zn | 0.01 mol・dm-3 ZnSO4 || 0.01 mol・dm-3 CuSO4 | Cu

下記の問に対して答えよ。計算問題に関しては計算過程も示すこと。 但し、 気体定数 R=8.314472 J/K・mol, ファラデー定数F= 96485.3415C/mol, 銅の密度=8920kg/m3, 銅のモル質量=63.546g/mol, 亜鉛の密度=7410kg/m3, 亜鉛のモル質量=65.39g/mol, とする。

  1. 銅電極、亜鉛電極、標準銀塩化銀電極の25度に標準酸化還元電位は、 それぞれ0.337、-0.7627、0.223〔V vs. NHE〕である。これらを数直線上にプロットせよ。
  2. 組み立てたときのダニエル電池の起電力〔V〕を求めよ。 但し、液温は25度一定とする。活量係数の濃度依存性はないと仮定してよい。
  3. 組み立てたときのダニエル電池から取り出せる電池容量〔mAh〕求めよ。 但し、電流効率100%を仮定してよい。
  4. 組み立てたときのダニエル電池から取り出せる電気エネルギー〔J〕を求めよ。 但し、電池の起電力は最後まで変わらないと仮定してよい。
  5. 放電しているときの電極表面の電流密度〔A/dm2〕を求めよ。 但し、放電電流は放電開始から一定に保たれていると仮定してよい。
  6. ダニエル電池の概形を三角法で描き、平面図に電気力線の概形を示せ。 寸法線や中心線、隠れ線は一般的な製図法に従うこと。
  7. 60分放電したあとのダニエル電池の起電力〔V〕を求めよ。 但し、電解槽内の溶液の濃度勾配は常に0と仮定してよい。
  8. 放電したときの放電曲線の概形をグラフにプロットせよ。 但し、グラフの描き方は、一般的な論文投稿の書式に従うこと。
  9. このダニエル電池を負極支配として設計するときの亜鉛ワイヤーの最大直径〔mm〕を求めよ。
  10. この期末試験に対し、論理的な思考により、計画的にグループで、試験勉強に取り組んだエピソードを述べよ。

卒業研究 エネルギー変換
山下正通、小沢昭弥, 現代の電気化学, 丸善 , 目次 , (2012).

©2017 Kazuhiro Tachibana

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