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化学変化とイオン ・「イオン」って何だろう? ・・・・アルカリイオン飲料 ・・・・マイナスイオンで健康に ・「化学変化」とはどういう関係?

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1 化学変化とイオン ・「イオン」って何だろう? ・・・・アルカリイオン飲料 ・・・・マイナスイオンで健康に ・「化学変化」とはどういう関係?
・一章:水溶液とイオン ・二章:化学変化と電池 ・三章:酸、アルカリとイオン

2 電気パンを作ろう

3 水は電流を流すか? 水 → 水素 + 酸素 2H2O → 2H2 + O2 水の電気分解 実験する前に水に何を加えた? 水酸化ナトリウム
水 → 水素 +  酸素  2H2O → 2H2   +   O2   実験する前に水に何を加えた? 水酸化ナトリウム なぜ? H O H H H O O H H H O H

4 <方法>水道水,天然水、食塩水、砂糖水、ポンジュース、エタノール、ソーダ(炭酸水),ポカリ などを用意する
<実験1>水溶液と電流  <目的>いろいろな水溶液に 電流が流れるか調べる <方法>水道水,天然水、食塩水、砂糖水、ポンジュース、エタノール、ソーダ(炭酸水),ポカリ などを用意する どれに電流が流れるか予想する。 電源装置(3V)、電極、豆電球、電流計を直列につなぎ回路を作り、流れる電流を測定する。 水溶液 水道水 天然水 食塩水 砂糖水 電流 5mA 流れる

5 水道水,天然水、食塩水、砂糖水、ソーダ(炭酸水)、エタノール、果汁,ポカリ
少し流れる 少し流れる 流れる 水道水,天然水、食塩水、砂糖水、ソーダ(炭酸水)、エタノール、果汁,ポカリ 流れる 流れる 電流が流れるものと流れない物があった。 流れるものは電極に変化が見られたものがあった。(食塩水→黄色になった) なぜ、電流が流れたり、流れなかったりするのだろう? なぜ電極が変化するのだろうか? 塩化銅(CuCl2)水溶液について詳しく調べてみよう

6 水溶液に電流が流れるときどんな変化が起こったのだろう
<目的> 塩化銅(CuCl2)水溶液に電流を流したときの変化を調べ、発生した物質を推測する。 <方法> 塩化銅5gに水45gを加え、10%の塩化銅水溶液50gを作る 炭素棒の電極を入れ、5Vで電流を流す 陰極(-)、陽極(+)での変化を観察する 物質が炭素棒に付着したら、 ろ紙にとり、こする 気体が発生したら、においを かいでみる。

7 実験結果から考えよう ①観察した+極、-極、その他の変化 ②それはどんな物質? ③なぜそのような物質が出るの?
電源装置 +   - ①観察した+極、-極、その他の変化 ②それはどんな物質? ③なぜそのような物質が出るの? ④電流が流れる水溶液はどうなっているの? ・・・以上のことを、ビーカーの原子・分子のモデルで説明してみよう <ヒント> 塩化銅 : CuCl2  Cu Cl Cl

8 塩化銅水溶液の変化 陰極(-)の変化 赤色の物質、こすると光沢、十円玉のにおい ・・・・・・銅(Cu) 陽極(+)の変化
 赤色の物質、こすると光沢、十円玉のにおい    ・・・・・・銅(Cu) 陽極(+)の変化  気体が発生、プールのにおい    ・・・・・・塩素(Cl2) CuCl2 → Cu + Cl2 塩酸(HCl)に電流を流した時発生したのは何? 2HCl → H2 + Cl2

9 なぜそのような変化が起きるの? なぜ銅は陰極(-)に集まるの? +の電気を帯びているから →銅イオン(Cu2+)
   +の電気を帯びているから           →銅イオン(Cu2+) 陽極(+)に集まった塩素は?    ーの電気を帯びている        →塩化物イオン(Cl-) 塩化銅水溶液: CuCl2 →Cu2+ +2Cl- Cl- Cu Cl- Cl Cu2+ Cl Cl Cu Cu2+ Cl Cl- Cl-

10 なぜ原子が電気を持つの? <原子の成り立ち> 原子は原子核(+の電気)と、電子(-の電気)からできている。
物質によってその数は決まっている。水素(H):1個、ヘリウム(He):2個、炭素(C):6個 原子核(+)と電子(-)のもつ電気の量は同じ・・・・・原子は全体として中性 +6ー6=0 ところが、原子が電子を余分にもつと +6-7=-1 -(マイナス)の電気を持つ・・・陰イオン 逆に原子が電子を失うと・・・・・・・ +6-5=+1 +(プラス)の電気を持つ・・・陽イオン

11 Na+ イオンのでき方 Cl + e- → Cl- ナトリウム原子 Na + 塩素原子 Cl + + Na → Na+ + e-
上に 少し小さく Na+ ナトリウム原子 Na Na → Na+ + e- Mg → Mg2+ + 2 e- 塩素原子   Cl Cl + e- → Cl- Na Na Mg Mg Cl Cl

12 電子配置でみるイオンの成り立ち NaCl→Na+ + Cl- ・・・なぜナトリウムは+イオン、塩素はーイオンになるの?
NaCl→Na+ + Cl- ・・・なぜナトリウムは+イオン、塩素はーイオンになるの? 電子殻・・・・電子の入る位置(軌道)が決まっている 内側から2個、8個、8個・・・・ Na は原子番号11番 ・・1個電子を離すと安定 Na+ Cl は原子番号17番 ・・1個電子を離すと安定 Cl-

13 周期表 +イオン になる -イオン になる イオン にならない 2+イオン になる 金属は +イオン になる

14 2つ以上の原子からできるイオン アンモニウムイオン NH3+ 水酸化物イオン OH- 硫酸イオン SO42- 炭酸イオン CO3-
NH4+ 水酸化物イオン OH- 硫酸イオン SO42- 炭酸イオン CO32- H H N H H O H O O O S O O O C O

15 電離とイオン式 原子が電子を失ったもの ・・・陽イオン H+、Cu2+ Cu → 2e- + Cu2+ 原子が電子を余分に持ったもの
電子:e- Electron (マイナスの電気) 原子が電子を失ったもの    ・・・陽イオン H+、Cu2+          Cu → 2e- + Cu2+ 原子が電子を余分に持ったもの    ・・・陰イオン Cl-、OH-       Cl + e- → Cl- 水に解けると陽イオンと陰イオンに分かれる(電離する)物質 塩酸 : HCl  → H+ + Cl- 食塩 : NaCl → Na+ + Cl- 塩化銅: CuCl2 →Cu2+ + 2Cl- イオンができる物質・・電流を流す・・・・・・電解質 イオンができない物質(電流が流れない)                 ・・・・・・・・非電解質 Cu Cl Cl Cu Cl Cl

16 電離式を書こう 水素 + 酸素 → 水 (燃料電池)を化学式で表そう <電気分解を式で表そう> 塩化銅:CuCl2 → +
電離式を書こう          <電気分解を式で表そう> 塩化銅:CuCl2  →       +  塩酸: 2HCl   →       +  物質が陽イオンと陰イオンに分かれる式(電離式)を書こう 塩酸(塩化水素) :         →      +  食塩(塩化ナトリウム):       →     +  塩化銅:                →      +  <塩化銅の電気分解で陽極、陰極での変化を式で表そう> <陽極+>  2Cl- →      +      (電子は e-) <陰極->  Cu2+ +     →  <亜鉛と銅でできる電池の陽極、陰極での変化を式で表そう>    <陰極->  Zn →    +          (電子は e-) <陽極+> 2H+ +    →  水素 + 酸素 → 水 (燃料電池)を化学式で表そう       +     →

17 なぜ電気で分解できるの? 電流が流れる水溶液の中はどうなっているの? なぜ+極から塩素、-極には銅がでてきたの?
電源装置 +   - 電流が流れる水溶液の中はどうなっているの? なぜ+極から塩素、-極には銅がでてきたの? 水溶液の中を原子分子のモデルで説明してみよう <ヒント> 塩化銅 : CuCl2  電流とは:電子の流れ 電子とは:―の電気をもつ 電流は+極→−極 電子は−極→+極 Cu Cl Cl

18 なぜ電気で分解 できるの? ( )班 電流が流れる水溶液の中はどうなっているの? なぜ+極から塩素、-極には銅がでてきたの?
電源装置 +   - なぜ電気で分解 できるの?            (   )班 電流が流れる水溶液の中はどうなっているの? なぜ+極から塩素、-極には銅がでてきたの? 水溶液の中を原子分子のモデルで説明してみよう Cu Cl Cl

19 なぜ電流が流れるの? 電流とは何? <電子の流れ> 電子は一から+へ <ヒント> +極からは銅 -極からは塩素 液の色が薄くなった -極 -
Cl +極 Cu Cl

20 水溶液の中で起こっていること <陽極(+極)で起こる変化> 2個の塩化物イオンが電子を離して塩素分子になる 2Cl-→2eー+Cl2
電子:e- Electron (マイナスの電気) <陽極(+極)で起こる変化> 2個の塩化物イオンが電子を離して塩素分子になる 2Cl-→2eー+Cl2 この電子が陰極(ー極)へ動く <陰極での変化> 2個の電子を銅イオンがもらって銅が出る Cu2++2eー→ Cu

21 イオンの発見 イオンがあるから電流が流れるの? <水がイオンを作る> ・・・・アレニウス 電流を流すからイオンが生じるの?
<電気がイオンを作る> ・・・・ファラデー Cl- Cu2+ Cl-

22 原子は何からできているの? 原子は電子と原子核できている 原子核は陽子と中性子からできている 陽子は何から クオーク(素粒子)
クオークには6種類ある トップ、ボトム、・・・・・・

23 化学変化と電池 銅板とアルミ板 食塩水をつけたろ紙 人間が手でつなぐ オルゴールが鳴る? 電地ができる?
2種類の金属を食塩水(電解質)でつなぐと電池ができる! アルミ 食塩水 食塩水

24 電池を作ろう <目的> ①薄い塩酸の水溶液に2種類の金属を 入れると電圧が生じることを確かめる。 ②2種類の金属と圧の大きさの関係を調べる。
<方法> 銅(Cu)、亜鉛(Zn)、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)の中から2つの金属を選ぶ 選んだ金属を、塩酸に入れて得られる電圧を測定する。(モーターや電子オルゴールをつないでもよい) 金属の種類を替えて繰り返す。 <考察> どういう金属の組み合わせが高い電圧が得られる? どういう金属が+(-)極になりやすい? なぜ電流ができるか考える

25 結果一覧 Cu Fe Fe Zn Zn Mg Mg Mg 電圧 + - 電極① +- 電極② 0.6V 鳴った 回らない オルゴール
Fe  Zn 電極② Zn Mg Mg  Mg 電圧 0.6V オルゴール 鳴った モーター 回らない

26 <実験結果> + Cu Fe Fe Zn Zn Mg Mg Mg 電圧 + + + + + CuとMg・・・・+,-になりやすさと関係がある
電極① Cu Fe Fe  Zn 電極② Zn Mg Mg  Mg 電圧 0.7 0.8 1.5 0.6  1.4  0.9 オルゴール モーター 問い:+になりやすい順は? Cu>Fe>Zn>Mg CuとMg・・・・+,-になりやすさと関係がある 問い:電圧が一番大きいのは?

27 金属にはイオンになりやすさに違いがある・・・・・イオン化傾向
-極になりやすい 金属にはイオンになりやすさに違いがある・・・・・イオン化傾向 Mg>Al>Zn>Fe>Pb>Cu イオンになりやすい方が 電子を放出して Zn+→2e- + Zn2+ -極になる

28 木炭電池 電極 「アルミニウム(Al)」と「木炭(C)」 電解質 食塩水 ( Nacl → Na++ Cl- )
Al → 2e- + Al2+ Alが-極になる アルミニウム Al 木炭 C 食塩水 NaCl→ Na+ Cl-

29 なぜ電池ができるの? どうして? (銅と亜鉛で説明してみよう) 電流とは何? <電子の流れ> 電子は一から+へ 電子はどこから
種類の違う金属を電解質につけると電流が生じる どうして? (銅と亜鉛で説明してみよう) 電流とは何? <電子の流れ> 電子は一から+へ 電子はどこから きてどこにいく? <ヒント> 気体が+極から発生 この気体は何? 水素(H2) -極 Zn Cu Zn Cu +極 Cl

30 なぜ電池ができるの? どうして? (銅と亜鉛で説明してみよう) 電流とは何? <電子の流れ> 電子は一から+へ 電子はどこから
種類の違う金属を電解質につけると電流が生じる どうして? (銅と亜鉛で説明してみよう) 電流とは何? <電子の流れ> 電子は一から+へ 電子はどこから きてどこにいく? <ヒント> 気体が+極から発生 この気体は何? 水素(H2) -極 Cu Zn Zn Cu +極 Cl

31 亜鉛+塩酸→水素   の理由 Zn Zn

32 起こっていること Zn Cu Zn

33 電池の中で起こっていること <陰極(ー極)で起こる変化> 亜鉛が塩酸に溶けてイオンになる Zn→2eー+Zn2+
電子:e- Electron (マイナスの電気) <陰極(ー極)で起こる変化> 亜鉛が塩酸に溶けてイオンになる Zn→2eー+Zn2+ この電子が陽極(+極)へ動く <陽極での変化> 電子を水素イオン(H+)がもらって水素が発生 2H++2eー→ H2

34 身の周りの電池 電池でなぜ電気ができるの? 乾電池のしくみ マンガン電池、アルカリ電池、リチウム電池、水銀電池・・
・・・・1次電池(充電できない) 2種類の金属と、電解質は +極:炭素棒(二酸化マンガンが作用) -極:亜鉛 電解質:塩化亜鉛水溶液を 二酸化マンガンでねった粉末

35 鉛蓄電池(バッテリー) 蓄電池(バッテリー) ・・・・二次電池(充電できる) +極:酸化鉛 -極:鉛 電解質:うすい硫酸 (H2SO4)
<その他の二次電池> ニッケル水素電池・・・充電できる乾電池(エネループ、エボルタ) リチウムイオン電池・・・携帯、パソコン、デジカメ

36 電池の種類と特徴

37 燃料電池とは 水素+酸素→水 ↓電気エネルギー 2H2 + O2 → 2H2O + → できるものが水だけ 環境にやさしい 電気自動車 O
       ↓電気エネルギー 2H2 + O2 → 2H2O     +      → できるものが水だけ 環境にやさしい 電気自動車 O O O O

38 燃料電池 木炭電極と食塩水 さいしょに充電する 水の電気分解で水素 と酸素が木炭の間にたまる

39 電池の歴史 ガルバノ電池 (動物電気) ・・ほんとにカエルが発電? ボルタの電池 ・・発生した水素がじゃま ダニエル電池
・・電解質の液体がじゃま ガスナーの乾電池

40 食塩水電池・人間電池 塩水とスプーン・アルミホイルで簡単な電池を作り、音楽を鳴らしてみよう。
アルミホイルを短冊にして、スプーンと反対側にコップの内側にセロテープで固定します。 スプーンとアルミをリード線でつなぎ、端のスプーンと電子メロディーの赤い線、端のアルミと電子メロディーの黒い線をつなぎ、食塩水をコップに入れます。  スプーンと、アルミホイルをコップからはずし、左手にアルミ、右手にスプーンを持ちます。(このとき、てをぬらしておく方がいいです。)何人かが輪になってから、隣同士をリード線でつなぎます。 


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