第105回薬剤師国家試験

第105回薬剤師国家試験 問100

第105回薬剤師国家試験 問100

生体における膜電位の原理を理解するためには、濃淡電池の作動原理を知ることが必要である。電解質として用いる硫酸亜鉛の濃度のみが異なる2つの亜鉛半電池を塩橋でつないだ化学電池の模式図を以下に示す。標準圧力下、298 Kにおいて半電池Rの硫酸亜鉛の初濃度を0.1mol/L、半電池Lの硫酸亜鉛の初濃度をc1mol/L とする。

なお、亜鉛半電池の反応は次式で表される(E °は標準電位を表す)。

また、硫酸亜鉛は水中では完全に電離し、その活量は濃度に等しいとする。この場合の亜鉛半電池の電極電位 E(単位V)は温度 298 K では次式で表される。

この化学電池に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1 この電池はダニエル電池である。
2 c1=0.01のとき、半電池Lがアノード(負極)となる。
3 この電池の標準起電力は 0Vである。
4 半電池Lと半電池Rの硫酸亜鉛濃度が等しくなった状態の起電力は-0. 76 Vである。
5 c1=0.01のとき、この電池の起電力は約+0.059Vである。

 

 

 

 

 

 

解答・解説

解答
2、3

解説
1 誤
この電池は濃淡電池である。ダニエル電池とは、硫酸亜鉛ZnSO4水溶液に亜鉛板を、硫酸銅(Ⅱ)CuSO4水溶液に銅板を浸した電極を連結した電池のことである。
2 正
亜鉛電極で構成された濃淡電池では、濃度の薄い電極で酸化反応、濃度の濃い電極で還元反応が認められる。電池において酸化反応が認めらる電極をアノード(負極)といい、還元反応が認められる電極をカソード(正極)という。
3 正
標準起電力は、「E標準=ER標準-EL標準」で計算することができる。そのため、この電池の標準起電力は0V(E標準=-0.76V-(-0.76V)=0V)となる。
4 誤
半電池Lと半電池Rの硫酸亜鉛濃度が等しくなった状態では、電気は発生しないため、その起電力は0Vとなる。
5 誤
電池の起電力は、下記の式で求めることができる。

これらのことから、c1=0.01のとき、この電池の起電力は約+0.0295Vである。

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