👨‍🏫金属の種類による過電圧の違い

参考書より、理論分解電圧を求める。アノードに白金、カソードに銅、亜鉛、黒鉛を用い、0.1M H2SO4の電流電位曲線を測定し、分解電圧を求める。理論分解電圧と実測値から過電圧 η 〔V〕を求める。白金以外の金属は測定直前に研磨後、0.1M HClで前処理を行い、水で十分に洗浄する。電流の測定にはカレントフォロアを、電圧の測定にはエレクトロメータを用いることを推奨する。同様にカソードに白金、アノードに鉄、ニッケル、黒鉛を用いた場合について、0.1M NaOHの分解電圧を測定し、過電圧を求める。

【結果】電解液の種類による過電圧の違いを示す電圧－電流プロット、アノードの種類による過電圧の違いを示す電圧－電流プロット、カソードの種類による過電圧の違いを示す電圧－電流プロット

カソード側

Pt/H2SO4/Cu （白金｜硫酸｜白金）

Pt/H2SO4/Zn

Pt/H2SO4/C

アノード側

Fe/NaOH/Pt（鉄｜水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）水溶液｜白金）

Ni/NaOH/Pt

C/NaOH/Pt

？設問：どの電位から測定を開始すれば良いか？　またそれはどうしてか？　分解電圧を正確に求めるにはどうしたら良いか？　分解電圧と過電圧はどのような関係にあるか？

？設問：電極表面における気泡発生の仕方と電流はどのような関係が見られたか？　またそれはどうしてか？　同じ電位でも電流が変化する場合があるのはなぜか？　またそのような場合、正確な電流値を得るにはどのように測定すれば良いか？

？設問：工業電解における過電圧がエネルギー効率に与える影響について述べよ。

電圧―電流曲線 ¹⁾

両側；白金 ²⁾

カソード側；銅 ³⁾／亜鉛 ⁴⁾

アノード側；鉄 ⁵⁾／

【酸性・アノード】

2H2O<->O2+4H(+)

O₂ + 4H⁺ + 4e^- ↔ 2H₂O Eº = 1.229V

(反応-253)

2Cl(-)<->Cl2(g)

Cl₂ + 2e^- ↔ 2Cl^- Eº = 1.3583V

(反応-98)

【酸性・カソード】

H2<->H(+)

2H⁺ + 2e^- ↔ H₂ Eº = 0V

(反応-1)

【アルカリ性・アノード】

4OH(-)<->O2+2H2O

O₂ + 2H₂O + 4e^- ↔ 4OH^- Eº = 0.401V

(反応-248)

【アルカリ性・カソード】

2OH(-)+H2<->2H2O

2H₂O + 2e^- ↔ 2OH^- + H₂ Eº = -0.8285V

(反応-241)

分解電圧 V 〔V〕過電圧 η 〔V〕電流 I 〔A〕分解電圧 V 〔V〕

【参考文献】

電気化学
溶液中のイオン
デバイ―ヒュッケルの理論
イオンの移動　移動度 ¹⁾　粘度 ²⁾
イオンチャンネルとイオンポンプ
化学電池
半反応の電極³⁾
電極反応
種々の電池⁴⁾
電池反応 ⁵⁾
起電力 ⁶⁾
燃料電池
平衡状態の電池⁷⁾
標準電位 ⁸⁾
電位のｐＨによる変化
ｐＨの決定
標準電位の応用
電気化学系列
熱力学関数の決定

アトキンス物理化学要論（目次）第４版⁹⁾

アノード　カソード　ガルバニ電池　デバイ－ヒュッケルの極限則　コールラウシュの法則　レドックス反応
(1) 移動度 [m²/V・s(平方メートル毎ボルト毎秒)].
(2) 粘度 [Pa・s(パスカル秒)].
(3) 電気化学 > 半反応と電極
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).
(4) 電気化学 > 種々の電池
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).
(5) 電気化学 > 電池反応
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).
(6) 電気化学 > 起電力
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).
(7) 電気化学 > 平衡状態の電池
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).
(8) 電気化学 > 標準電位
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).
(9) > アトキンス物理化学要論（目次）第４版
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).
出典：
電気化学
（P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳. 物理化学要論. 東京化学同人, . ） ⁷⁾

固体表面

固体表面の成長と構造
表面の成長
表面の組成と構造
吸着の度合
物理吸着と化学吸着
吸着等温式
表面過程の速さ
表面における触媒作用
不均質触媒作用の機構
触媒作用の例
電極における諸過程
電極と溶液の界面¹⁾
電荷移動の速さ²⁾
ボルタンメトリー
電気分解³⁾

吸着　吸着質　触媒　表面

アトキンス物理化学要論（目次）第４版⁴⁾
(1) 固体表面 > 電極と溶液の界面
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).
(2) 固体表面 > 電荷移動の速さ
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).
(3) 固体表面 > 電気分解
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).
(4) > アトキンス物理化学要論（目次）第４版
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).
出典：
固体表面
（P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳. 物理化学要論. 東京化学同人, . ） ⁸⁾

10.電池の起電力

化学電池の表し方と起電力
可逆起電力とＧｉｂｂｓエネルギー
標準電極電位
電池の起電力と熱力学量
平衡定数と溶解度積
電極（半電池）の種類
濃淡電池
実用電池

応用物理化学II（目次）
目次
エネルギー論序章
気体の巨視的性質
エネルギーに関する基本法則¹⁾
熱化学
エネルギー変換サイクル²⁾
溶体のエネルギー論
相平衡³⁾
化学平衡
電解質溶液
電池の起電力⁴⁾
(1) エネルギーに関する基本法則
田薫、原納淑郎、鈴木啓三, 応用物理化学II, 培風館, (1990).
(2) エネルギー変換サイクル
田薫、原納淑郎、鈴木啓三, 応用物理化学II, 培風館, (1990).
(3) 相平衡
田薫、原納淑郎、鈴木啓三, 応用物理化学II, 培風館, (1990).
(4) 電池の起電力
田薫、原納淑郎、鈴木啓三, 応用物理化学II, 培風館, (1990).
出典：
応用物理化学II（目次）
（田薫、原納淑郎、鈴木啓三. 応用物理化学II. 培風館, . ） ¹⁾
(1) 田薫、原納淑郎、鈴木啓三. 応用物理化学II. 培風館, 1990. .
出典：
電池の起電力
（田薫、原納淑郎、鈴木啓三. 応用物理化学II. 培風館, . ） ⁹⁾

電気的仕事の意味
・自由エネルギー
電池の起電力と分解電圧
・ダニエル電池
電極、照合電極、塩橋、半電池、標準電極電位、標準水素電極電位

自由エネルギーと化学平衡¹⁾
(1) > 自由エネルギーと化学平衡
井上勝也著, 現代物理化学序説改訂版, 培風館, (1981).
出典：
電池の起電力と分解電圧
（井上勝也著. 現代物理化学序説改訂版. 培風館, . ） ¹⁰⁾

電池の起電力と内部抵抗

直流回路（p.102）
電気抵抗の接続と合成抵抗、電池の起電力¹⁾と内部抵抗²⁾、キルヒホッフの法則、メートルブリッジ、ポテンショメーター
(1) 起電力 E / V.
(2) 内部抵抗 R / Ω.
出典：
直流回路
（中村英二、吉沢康和. 新訂物理図解. 第一学習社, . ） ¹¹⁾

電磁気・原子物理

等電位線
Ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅ橋（針金の電気抵抗）
Ｋｏｈｌｒａｕｓｃｈ橋（溶液の電気抵抗）
電位差計（電池のＥ．Ｍ．Ｆの測定）
銅ボルタメーター（電流計の検査）
正接検流計
衝撃検流計と電気容量
電流による熱の仕事当量
熱電対
地磁気の水平分力
磁気ヒステリシス
インピーダンス
ダイオード・トランジスタ
真空・真空放電
ブラウン管オシロスコープ
光電効果
Ｇｅｉｇｅｒ－Ｍｕｌｌｅｒ計数管
電気素量ｅ
電子の比電荷ｅ／ｍ
Ｘ線

物理学実験（目次）物理学実験（目次）¹⁾
(1) > 物理学実験（目次）
, , , , (1).>
出典：
電磁気・原子物理
（. . , . ） ¹²⁾

直流回路（p.102）
電気抵抗の接続と合成抵抗、電池の起電力¹⁾と内部抵抗²⁾、キルヒホッフの法則、メートルブリッジ、ポテンショメーター
(1) 起電力 E / V.
(2) 内部抵抗 R / Ω.
出典：
直流回路
（中村英二、吉沢康和. 新訂物理図解. 第一学習社, . ） ¹³⁾

電気と磁気

静電気
電場と電位
静電誘導
電流
オームの法則
直流回路（電池の起電力¹⁾、内部抵抗）
ジュール熱・電力 ²⁾
ハイブリッド自動車

電流と磁場
電磁誘導と電磁波

視覚でとらえるフォトサイエンス物理図録（目次）³⁾
(1) 起電力(electromotive foce) [ボルト].
(2) 電気と磁 > ジュール熱・電力
数研出版編集部, 視覚でとらえるフォトサイエンス物理図録, 数研出版, (2006).
(3) > 視覚でとらえるフォトサイエンス物理図録（目次）
数研出版編集部, 視覚でとらえるフォトサイエンス物理図録, 数研出版, (2006).
出典：
電気と磁気
（数研出版編集部. 視覚でとらえるフォトサイエンス物理図録. 数研出版, . ） ¹⁴⁾

物質の変化

酸化還元滴定
金属のイオン化傾向　電位差　標準電極電位
電池１　起電力
電池２
電気分解１　電気量
電気分解２　電解精錬

サイエンスビュー化学総合（目次）¹⁾
(1) > サイエンスビュー化学総合（目次）
実教出版, サイエンスビュー化学総合資料, 実教出版, (2005).
出典：
物質の変化
（実教出版. サイエンスビュー化学総合資料. 実教出版, . ） ¹⁵⁾

物質の反応
化学反応と熱
化学反応の速さと化学平衡
酸と塩基の反応
酸化還元反応
電池と電気分解¹⁾²⁾

イオン化傾向　電位差　標準電極電位　起電力　電気分解　電解精錬
(1) > 一次電池
数研出版編集部, 視覚でとらえるフォトサイエンス化学図録, 数研出版, (1998).
(2) 電池 > 二次電池
数研出版編集部, 視覚でとらえるフォトサイエンス化学図録, 数研出版, (1998).
出典：
物質の反応
（数研出版編集部. 視覚でとらえるフォトサイエンス化学図録. 数研出版, . ） ¹⁶⁾

物質の変化

・化学反応と熱
・化学反応の速さと化学平衡
・酸と塩基の反応
・酸化還元反応
酸化と還元

酸化数と酸化・還元

・電池と電気分解

標準電極電位　起電力

クロム¹⁾｜二クロム酸カリウム²⁾｜クロム酸カリウム³⁾
過酸化水素⁴⁾
(1) クロム, , Cr, F_W = 51.9961 g/mol, (化学種).
(2) 二クロム酸カリウム, , K₂CrO₇, F_W = 242.1885 g/mol, (化学種).
(3) クロム酸カリウム, , K₂CrO₄, F_W = 194.1903 g/mol, (化学種).
(4) 過酸化水素, Hydrogen peroxide, H₂O₂, F_W = 34.01468 g/mol, (化学種).
出典：
物質の変化
（佐野博敏、花房昭静. 総合図説化学. 第一学習社, . ） ¹⁷⁾

(1) 電圧―電流曲線,電圧,電流, (プロット).
(2) 白金, , Pt, = 0 g/mol, (化学種).
(3) 銅, Copper, Cu, = 63.546 g/mol, (化学種).
(4) 亜鉛, Zinc, Zn, = 65.39 g/mol, (化学種).
(5) 鉄, Iron, Fe, = 55.847 g/mol, (化学種).
(6) 立花和宏. 電気化学特論：電池の起電力と分解電圧（２０１１＿Ｈ２３）. /amenity/Syllabus/@Lecture.asp?nLectureID=3518. (参照2011-05-18).
(7) P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳. 物理化学要論. 東京化学同人, 1998. .
(8) P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳. 物理化学要論. 東京化学同人, 1998. .
(9) 田薫、原納淑郎、鈴木啓三. 応用物理化学II. 培風館, 1990. .
(10) 井上勝也著. 現代物理化学序説改訂版. 培風館, 198. .
(11) 中村英二、吉沢康和. 新訂物理図解. 第一学習社, 1984. .
(12) . . , 1. .
(13) 中村英二、吉沢康和. 新訂物理図解. 第一学習社, 1984. .
(14) 数研出版編集部. 視覚でとらえるフォトサイエンス物理図録. 数研出版, 2006. .
(15) 実教出版. サイエンスビュー化学総合資料. 実教出版, 2005. .
(16) 数研出版編集部. 視覚でとらえるフォトサイエンス化学図録. 数研出版, 1998. .
(17) 佐野博敏、花房昭静. 総合図説化学. 第一学習社, 1995. .

👨‍🏫 金属の種類による過電圧の違い

関連の展示品

表

◇ 参考文献( 書籍・雑誌・URL )

✍演習・💯報告書・申請

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