解説 - 問題 3

電気化学の分野における電気分解システムでは、電極上で物質が析出（または溶解）する現象が利用されます。この原理を記述するのが「ファラデーの電気分解の法則」です。

ファラデーの電気分解の法則は、主に以下の二つの法則からなります。

• 第1法則：電極に析出する物質の質量は、流れた電気量に比例します。
• 第2法則：同じ電気量を流すと、析出する物質のグラム当量（モル質量を反応電子数で割った値）に比例する質量が析出します。

これらの法則を総合すると、電極に析出する物質の質量 m は、次の式で表すことができます。

m=MzF×Q

ここで、

• m: 析出する物質の質量 [g]
• M: 析出する物質のモル質量 [g/mol]
• z: 析出する物質の反応電子数（価数）
• F: ファラデー定数（約 96485 C/mol）
• Q: 通過した電気量 [C]（電流と時間の積で、Q = I × t で表されます）

この式から、析出する物質の質量 m は、通過した電気量 Q に比例することが明確にわかります。

上記のファラデーの電気分解の法則の第一法則により、電極上に析出する物質の質量は、電気分解システムを通過する電気量に直接比例することが示されています。

したがって、解答欄【13】には[イ] 通過する電気量が入ります。

• [イ] 通過する電気量（正解）
  ファラデーの第一法則そのものです。電極に流れた電気量（クーロン [C]、電流 [A] と時間 [s] の積）が多いほど、より多くの物質が析出します。これは電気分解の基本的な原理であり、最も直接的な比例関係です。
• [ア] 析出する物質の反応電子数（不適切）
  析出する物質の反応電子数（価数）z は、上記の式 m=MzF×Q の分母に含まれています。つまり、質量に反比例する関係にあります。例えば、同じ電気量でも、価数が大きい物質ほど析出するモル数は少なくなり、グラム当量で考えると析出質量も変わってきます。したがって、比例するとは言えません。
• [ウ] 電解質濃度（不適切）
  電解質濃度は、電気分解反応の速度や電流効率に影響を与える要素ではありますが、ファラデーの法則が示す「析出する物質の質量が電気量に比例する」という直接的な関係の比例定数には含まれません。濃度が高いほど反応がスムーズに進む傾向がありますが、あくまで反応環境の条件であり、析出する質量そのものに直接比例するわけではありません。