授業で塩化銅水溶液の電気分解を習ったけれど、どっちの極に何ができるのか分からなくなる…
- 陰極と陽極のどちらに銅が付くのか、すぐ忘れてしまう
- CuCl₂ の化学式や電離の式がうまく書けない
- 「塩化銅を分解する」と言われても、何が起きているのかイメージできない
こういう人に向けて書きました。
結論からいうと、陰極に銅（赤褐色の固体）、陽極に塩素（気体）ができます。
塩化銅の化学式は CuCl₂ で、水に溶けると銅イオン Cu²⁺ と塩化物イオン Cl⁻ に分かれます。
陽イオンは陰極へ、陰イオンは陽極へ引かれる。
この1つのルールで、結果は決まります。
塩化銅水溶液の電気分解とは
塩化銅水溶液の電気分解とは、塩化銅の水溶液に電流を流して、塩化銅を銅と塩素に分解することです。
電極には、ふつう炭素棒を使います。
炭素棒は電流を通しますが、この実験では自分自身は変化しません。
塩化銅の化学式と電離
塩化銅の化学式は CuCl₂ です。
銅イオンは Cu²⁺（＋の電気を2個ぶん持つ）で、塩化物イオンは Cl⁻（－の電気を1個ぶん持つ）です。
Cu²⁺ が1個に対して Cl⁻ が2個で、＋2と－2が打ち消し合うので、CuCl₂ という形になります。
塩化銅が水に溶けて、陽イオンと陰イオンに分かれることを電離といいます。
電離の式は次のとおりです。
CuCl₂ → Cu²⁺ ＋ 2Cl⁻
塩化銅水溶液が青色なのは、銅イオン Cu²⁺ が水の中にいるからです。
塩化銅水溶液の電気分解のしくみ
電極を水溶液に入れて電流を流すと、イオンが電極へ引かれていきます。
- 陽イオン（Cu²⁺）は、－極につないだ電極（陰極）へ
- 陰イオン（Cl⁻）は、＋極につないだ電極（陽極）へ
電極に着いたイオンは、電子をやりとりして、もとの原子や分子にもどります。
| 陰極（－極） | 陽極（＋極） | |
|---|---|---|
| 引かれるイオン | 銅イオン Cu²⁺ | 塩化物イオン Cl⁻ |
| 電子 | 電子を2個受けとる | 電子を1個ずつ渡す |
| 式 | Cu²⁺ ＋ 2e⁻ → Cu | 2Cl⁻ → Cl₂ ＋ 2e⁻ |
| できるもの | 銅（赤褐色の固体が付く） | 塩素（気体が発生する） |
e⁻ は電子を表します。
2つの変化をあわせると、塩化銅が銅と塩素に分解されたことが分かります。
CuCl₂ → Cu ＋ Cl₂
陽極にできる塩素の性質
塩素は、黄緑色で刺激臭のある気体です。
色のついた水に塩素を入れると、色が消えます（漂白作用）。
たとえば、赤インクで着色した水を陽極側に入れると、赤い色が消えて無色になります。
塩素は水に溶けやすいので、陽極側で集まる気体の量は、見た目よりも少なくなります。
実験でどうなるか
- 陰極の炭素棒に、赤褐色の固体（銅）が付く
- 陽極の炭素棒のまわりから、泡（塩素）が出る。においは刺激臭
- 電流を流し続けると、水溶液の青色がだんだんうすくなる
青色がうすくなるのは、青色のもとである銅イオンが、銅になって減っていくからです。
塩化銅の電気分解でよくある間違い
間違い① 陽極に銅が付くと思ってしまう
銅イオンは陽イオン（＋の電気を持つ）なので、－極につないだ陰極に引かれます。
「陽イオンは陰極へ」と、そのまま覚えるのがいちばん確実です。
名前の「陽」と「陰」が逆に見えるので、ここで迷う人は多いです。
間違い② 化学式を CuCl や Cu₂Cl と書いてしまう
Cu²⁺ は＋2、Cl⁻ は－1です。
電気の合計が0になるように、Cu が1個に Cl を2個ならべるので、CuCl₂ になります。
2は Cl の右下に小さく書きます。
間違い③ 塩酸の電気分解とまぜてしまう
塩酸（HCl の水溶液）も、塩化銅水溶液と同じように電気分解の問題で出ます。
陽極に塩素が出るところは同じです。
ちがうのは陰極で、塩酸では銅ではなく水素が出ます。
| 水溶液 | 陰極 | 陽極 |
|---|---|---|
| 塩化銅水溶液 | 銅（固体） | 塩素（気体） |
| 塩酸 | 水素（気体） | 塩素（気体） |
陰極に出るものは、水溶液の中の陽イオンが何かで決まります。
入試ではこう出る
塩化銅水溶液の電気分解は、実験の図とセットで出ることが多い単元です。
よく問われる形は、次のとおりです。
- どちらの電極に何ができたか（物質名・色・状態）
- 陽極で発生した気体を確かめる方法と、その結果
- 電離の式や、分解の化学反応式
- 電流を流し続けたときの水溶液の色の変化とその理由
- 塩酸など、ほかの水溶液で電気分解したときとの比較
図に「陰極」「陽極」と書いてあれば、その名前から判断します。
「電源の－極につないだ電極」と書かれているときは、それが陰極です。
電源装置の－と＋は、図の中でよく見て、どちらの電極につながっているかを必ず確かめましょう。
練習問題
炭素棒を電極にして、塩化銅水溶液に電流を流しました。
問1（基本）
塩化銅が水に溶けて電離するようすを、化学式を使った式で書きなさい。
問2（基本）
陰極に付いた物質の名前と色、陽極で発生した気体の名前を答えなさい。
問3（入試レベル）
塩化銅が電気分解されて、銅と塩素になる変化を、化学反応式で書きなさい。
問4（記述）
電流を流し続けると、青色だった水溶液の色がうすくなりました。
その理由を、イオンという言葉を使って書きなさい。
問5（入試レベル）
塩化銅水溶液のかわりに、塩酸を同じ装置で電気分解しました。
陰極と陽極で発生する気体の名前を、それぞれ答えなさい。
解答と解説
問1の解答
CuCl₂ → Cu²⁺ ＋ 2Cl⁻
考え方は、銅イオンが Cu²⁺、塩化物イオンが Cl⁻ だということです。
電気の合計を0にするため、Cl⁻ が2個必要になるので、Cl⁻ の前に2を付けます。
問2の解答
陰極: 銅（赤褐色の固体）、陽極: 塩素
考え方は、陽イオンの Cu²⁺ が陰極へ、陰イオンの Cl⁻ が陽極へ引かれるということです。
陰極では Cu²⁺ が電子を受けとって銅になり、陽極では Cl⁻ が塩素の気体になります。
問3の解答
CuCl₂ → Cu ＋ Cl₂
考え方は、陰極でできる銅と、陽極でできる塩素をあわせて、1つの式にすることです。
左側に Cu が1個、Cl が2個あり、右側にも Cu が1個、Cl₂ が1個（Cl が2個）あるので、数は合っています。
問4の解答
水溶液中の銅イオンが、陰極で銅になって減ったから。
考え方は、青色のもとが銅イオン Cu²⁺ だということです。
電流が流れるたびに Cu²⁺ が銅になって陰極に付くので、水溶液中の Cu²⁺ が少なくなり、青色がうすくなります。
問5の解答
陰極: 水素、陽極: 塩素
考え方は、塩酸 HCl が H⁺ と Cl⁻ に電離しているということです。
陽イオンの H⁺ は陰極へ引かれて水素になり、陰イオンの Cl⁻ は陽極へ引かれて塩素になります。
電離の式は HCl → H⁺ ＋ Cl⁻ で、分解の式は 2HCl → H₂ ＋ Cl₂ です。
まとめ
- 塩化銅の化学式は CuCl₂。電離の式は CuCl₂ → Cu²⁺ ＋ 2Cl⁻
- 陽イオン（Cu²⁺）は陰極へ、陰イオン（Cl⁻）は陽極へ引かれる
- 陰極には銅（赤褐色の固体）が付き、陽極からは塩素（気体）が発生する
- 塩素は刺激臭があり、色のついた水の色を消す（漂白作用）
- 分解の式は CuCl₂ → Cu ＋ Cl₂
- 青色がうすくなるのは、銅イオンが銅になって減るから
- 塩酸の電気分解では、陰極に水素、陽極に塩素が出る
全部を一度に覚えなくても、「陽イオンは陰極へ」だけ先に覚えれば、あとは自分で導けます。
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高校受験ラボ・進学塾リードアップ代表の山田優輔です！
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