中3理科「化学電池」完全マスターのポイント!

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中学3年理科。イオンと化学変化で登場する化学電池について学習します。

  • レベル★★★☆
  • 重要度★★★★
  • ポイント:電池の極と電子・電流の向きをマスター!

授業用まとめプリントは下記リンクよりダウンロード!
授業用まとめプリント「化学電池」

化学電池(電池)

化学電池とは、化学変化により、化学エネルギー電気エネルギーとしてとり出す装置です。みなさんも使ったとことはありますよね。普段の生活で浸かっている乾電池などです。電池の中には、他のエネルギーに変換できるエネルギーが詰まっています。これは、化学変化で取り出すことができるので化学エネルギーと呼ばれています。化学電池では、これを電気エネルギーに変換してとり出しているのです。

電池 化学エネルギー → 電気エネルギー

化学電池

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化学電池をつくる

化学電池は、身近にある物質で簡単に作ることができます。準備するものは次の2つです。

  • 2種類の異なる金属
  • 電解質水溶液

まずは「2種類の異なる金属」ですが、言い方を変えると、イオン化傾向が異なる2つの金属になります。イオン化傾向が異なると金属間で化学変化が生じます。なので、銅と亜鉛、鉄とアルミニウムなど、2種類の金属を準備しましょう。

次に、電解質が溶けた水溶液である「電解質水溶液」ですが、実は電解質水溶液はたくさんあります。例えば、塩酸や炭酸水、食塩水、水酸化ナトリウム水溶液などなど、非常に多くの種類があります。レモンの汁や、ミカンの汁でさえ電解質水溶液です。

電解質水溶液ではないもを覚えるようにしましょう。こちらの方が数が少なく覚えやすいです。次の水溶液は、水に溶けても電離しない(イオンが生じない)非電解質の水溶液です。

  • 砂糖水
  • エタノール
  • デンプンのり

もちろん、何も溶けていない、蒸留水(精製水)なども、電池になりません。

一次電池と二次電池

電池の種類には、電流を流す放電だけではなく、充電ができる電池もあります。携帯電話や自動車のバッテリーなどは充電ができる電池が入っています。

充電ができない電池を「一次電池」、充電ができる電池を「二次電池」だということも覚えておきましょう。具体的な電池は、次の通りです。

  • 一次電池…マンガン乾電池、アルカリ乾電池など
  • 二次電池…ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、鉛蓄電池

化学電池内での変化

化学電池でよく登場する、うすい塩酸の中に、亜鉛板銅板をさしこんだ実験で考えていきます。うすい塩酸(電解質水溶液)に亜鉛板と銅板(2種類の金属)をさしこむと、次のような変化が生じます。

  1. 亜鉛Znが亜鉛イオンZn²⁺になって塩酸中に溶ける。
  2. このとき、亜鉛Znは電子を2個放出する。
  3. 電子が導線を通って銅板に移動する。
  4. 塩酸中の水素イオンH⁺が電子と結びつき、水素原子Hになる。
  5. 水素原子Hが2個が結びつき水素分子H₂になって発生する。

亜鉛板は塩酸中に溶けるのでぼろぼろになっていき、銅板からは水素H₂(泡)が発生します。

化学電池

化学電池の極

電子は-極から+極に移動すると電気分野で学習しました。電子は亜鉛板から銅板に移動しているので、亜鉛板が-極、銅板が+極になっています。

電流は、電子が移動する向きと逆向きになることも学習しています。なので、+極の銅板から-極の亜鉛板に電流が流れます。

  • 亜鉛板Zn(-極)
    電子が出ていく。
    電流が流れ込む。
  • 銅板Cu(+極)
    電子が入ってくる。
    電流が出ていく。

イオン化傾向でいうと、「Mg>Al>Zn>Fe>Cu」で、亜鉛板の方が銅板よりもイオン化傾向が大きいです。つまり、イオン化傾向が大きい金属が-極になり、イオン化傾向が小さい金属が+極になるのです。

授業用まとめプリントは下記リンクよりダウンロード!
授業用まとめプリント「化学電池」

化学電池 動画で確認

化学電池 授業用まとめプリント

化学電池を学習する際に利用してください。動画とリンクしたプリントになっています。

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授業用まとめプリント「化学電池」

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