中3 理科 ／ 化学 ／ s3-03
水溶液とイオン・電気分解・電池
この単元でできるようになること
- 電解質と非電解質を見分け、電離のようすをイオン式で書ける（NaCl → Na⁺ + Cl⁻ など）
- 原子の構造（原子核＝陽子＋中性子、電子）から、陽イオン・陰イオンのでき方を説明できる
- 塩化銅水溶液・塩酸の電気分解で、各極に何ができるかと確認方法が言える
- 金属のイオンになりやすさ（Mg > Zn > Cu > Ag など）を、金属板と水溶液の実験から判断できる
- ダニエル電池のしくみ（−極で亜鉛が溶け、+極で銅が付着）、電池の種類を説明できる
入試での位置づけ
塩化銅水溶液の電気分解（陰極に銅・陽極に塩素）と金属のイオン化傾向の実験（硫酸銅水溶液に亜鉛板 → 銅が付着）、ダニエル電池（−極・+極の反応、セロハンの役割）が 3 本柱。イオン式の書き方は必ず問われます。
1. 電解質と電離
まずここだけ
| 電解質 | 非電解質 | |
|---|---|---|
| 水に溶けると | 電流が流れる（イオンに分かれる） | 流れない（分子のまま） |
| 例 | 塩化ナトリウム・塩化銅・塩酸・水酸化ナトリウム・硫酸 | 砂糖・エタノール・デンプン |
電離：電解質が水に溶けて陽イオンと陰イオンに分かれること。
| 物質 | 電離のイオン式 |
|---|---|
| 塩化ナトリウム | NaCl → Na⁺ + Cl⁻ |
| 塩化銅 | CuCl₂ → Cu²⁺ + 2Cl⁻ |
| 塩化水素（塩酸） | HCl → H⁺ + Cl⁻ |
| 水酸化ナトリウム | NaOH → Na⁺ + OH⁻ |
| 硫酸 | H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻ |
| 硫酸銅 | CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄²⁻ |
| 硫酸亜鉛 | ZnSO₄ → Zn²⁺ + SO₄²⁻ |
右辺の＋と−の数は等しい（全体で電気的に中性）。
2. 原子の構造とイオン
まずここだけ
原子 = 原子核（陽子＝+、中性子＝電気なし）＋ まわりを回る電子（−）。 ふつうの原子は 陽子の数 = 電子の数 なので電気的に中性。
- 陽イオン：原子が電子を失って + になったもの（Na⁺・Cu²⁺・Zn²⁺・H⁺・Mg²⁺・Ag⁺）
- 陰イオン：原子が電子を受け取って − になったもの（Cl⁻・OH⁻・SO₄²⁻）
右上の数字はやりとりした電子の数（Cu²⁺ = 電子を 2 個失った）。
Na → Na⁺ + e⁻（電子 1 個失う）／Cl + e⁻ → Cl⁻／Cu → Cu²⁺ + 2e⁻
3. 電気分解
まずここだけ
塩化銅水溶液の電気分解（CuCl₂ → Cu + Cl₂）：
| 極 | 集まるイオン | できるもの | 確認 |
|---|---|---|---|
| 陰極（−） | Cu²⁺（陽イオンは − に引かれる） | 銅（赤い固体が付着） | こすると金属光沢 |
| 陽極（+） | Cl⁻ | 塩素（気体） | プールのようなにおい、赤インクの色を消す（漂白）、水に溶けやすいので少ししか集まらない |
反応：陰極 Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu、陽極 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻。電気分解を続けると水溶液の青色がうすくなる（Cu²⁺ が減る）。
塩酸の電気分解（2HCl → H₂ + Cl₂）：陰極に水素（マッチの火で音を立てて燃える）、陽極に塩素。体積は水素のほうが多く集まる（塩素は水に溶ける）。
水の電気分解（中 2）：陰極に水素・陽極に酸素、2：1。
4. 金属のイオンへのなりやすさ
ここまでできれば十分
イオンになりやすい順：Mg > Zn > Fe > Cu > Ag（マグネシウム・亜鉛・鉄・銅・銀）。 「イオンになりやすい金属」＝電子を放出しやすい＝溶けやすい。
実験：金属板を別の金属の水溶液に入れる。
硫酸銅水溶液に亜鉛板 → 亜鉛が溶け（Zn → Zn²⁺ + 2e⁻）、銅が付着（Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu）。青色がうすくなる。→ Zn のほうが Cu よりイオンになりやすい 硫酸亜鉛水溶液に銅板 → 変化なし（Cu は Zn よりなりにくい） 硫酸銅水溶液にマグネシウム → 銅が付着。硝酸銀水溶液に銅 → 銀が付着し溶液が青くなる（Cu²⁺）
判定：板が溶けて相手の金属が付着 → 板の金属のほうがイオンになりやすい。
5. 電池
ここまでできれば十分
電池（化学電池）：化学変化で化学エネルギーを電気エネルギーに変える装置。2 種類の金属と電解質の水溶液が必要（砂糖水・同じ金属 2 枚では電流が流れない）。
ダニエル電池：亜鉛板を硫酸亜鉛水溶液に、銅板を硫酸銅水溶液に入れ、セロハン（または素焼きの容器）で仕切る。
| 極 | 金属 | 反応 | ようす |
|---|---|---|---|
| −極 | 亜鉛（イオンになりやすいほう） | Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ | 亜鉛板が溶けて細くなる |
| +極 | 銅 | Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu | 銅板に銅が付着、硫酸銅水溶液の青色がうすくなる |
- **電子は −極（亜鉛）→ 導線 → +極（銅）**へ流れる。電流は逆（銅 → 亜鉛）。
- セロハンの役割：2 つの水溶液がすぐ混ざらないようにしつつ、イオンは通す（回路を保つ）。混ざると亜鉛板に直接銅が付着して電池にならない。
- 長く使うには：硫酸銅水溶液を濃く、硫酸亜鉛水溶液をうすく。
電池の種類：
- 一次電池：使い切り（マンガン乾電池・アルカリ乾電池・リチウム電池）
- 二次電池：充電して繰り返し使える（鉛蓄電池・リチウムイオン電池・ニッケル水素電池）
- 燃料電池：水素と酸素の反応（2H₂ + O₂ → 2H₂O）で発電。水しか出ない
6. よくある間違い
- 陽イオンが「陽極に集まる」とする（陽イオンは + なので陰極へ）
- 塩化銅の電気分解で陽極に銅とする（陰極に銅、陽極に塩素）
- イオン式の電子の数（Cu²⁺ は 2 個）や電荷の総和を合わせない
- 電池の −極を「イオンになりにくい金属」にする（なりやすいほうが −極）
- 電子の向きと電流の向きを同じにする（逆）
7. 自己チェック
- 電解質=イオンに分かれる（NaCl・HCl・CuCl₂）、非電解質=砂糖・エタノール
- 陽イオン=電子を失う、陰イオン=受け取る
- CuCl₂ 電気分解：陰極 Cu、陽極 Cl₂（におい・漂白）
- Mg > Zn > Fe > Cu > Ag。溶けて付着 → 板のほうがなりやすい
- ダニエル電池：−極 Zn 溶ける、+極 Cu 付着、電子は Zn → Cu、セロハンはイオンを通す
8. 小テストへ
→ 小テスト（s3-03）
関連する単元
- 前提：s2-04 原子・分子・化学反応式、s2-03 電流（電子の流れ）
- 次に進む：s3-04 酸・アルカリ・中和
- ここで使う考え方が出てくる：s3-08 エネルギー資源（燃料電池）
参考資料
- 文部科学省『中学校学習指導要領（平成29年告示）解説 理科編』── 第 1 分野「(6) 化学変化とイオン ア(ア) 水溶液とイオン ア(イ) 化学変化と電池」
受験のしらべ ／ https://juken-shirabe.pages.dev/koko/science/s3-03/ ／ 更新 2026-09-12