小山市の自学塾Activeです。
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2024栃木県立入試理科の大問5です。
単元は電池ですね。
では、みていきましょう。
電池の基礎知識です。
電池は
①電解質（電離するやつ）の水溶液
②2種類の金属
の条件がないとできません。
電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものですね。
また、2種類の金属についてですが、高校受験においては4種類覚えておけば良いです。
その4種類とは
Cu 銅
Fe 鉄
Zn 亜鉛
Mg マグネシウム
この4種類。
大学受験になると、20種類くらいを語呂合わせで覚えます。語呂なのでそこまで覚えるのに苦労しませんが、高校受験だと4個でいいんだな～くらいの認識でいてください。
ちなみに、この4種類の金属は銅が強く、マグネシウムは弱いです。
強い、弱いとは何かと言うと、その金属が溶けるか溶けないかを意味します。
金属の強さランキングですね。
銅が最も強く（正極になる）、マグネシウムが最も弱い（負極になる）
2つの金属を選んだ時に、上にいる方が強いです。溶けません。
下にいる方は弱いので溶けます。溶けるということはイオンになる、ということなので
このとき、電子も何個か放り投げます。
この電子の移動によって、電気が流れるのですね。
では、問題に行きましょう！
1.電池のエネルギー変換
化学エネルギーを電気エネルギーに変換します。知識問題です。
2.ダニエル電池の説明
ダニエル電池は、銅と亜鉛を使います。
強さランキングを思い出しましょう。
銅
ですね。
つまり、銅は溶けずに、亜鉛が溶けます。
溶ける亜鉛が負極なので、－極ですね。
電流は、電子の流れる方向とは逆に流れるので注意。
3.ダニエル電池を長持ちさせる方法
このような問題は大学受験の記述でも出てきますね。
ダニエル電池をざっと説明します。
まず、金属ですが亜鉛と銅を使います。
そして電解質ですが、亜鉛の方には硫酸亜鉛、銅の方には硫酸銅を使います。
ダニエル電池で4文字なので、4種類の物質を使うんだな～と覚えましょう。
（ちなみに、初代電池であるボルタ電池は3種類の物質を使って電池を作りました。）
このダニエル電池がどのように反応するか考えていきます。
負極の亜鉛板
このとき、電子を2個放出します。
正極の銅板
硫酸銅に含まれている銅イオンが電子を受け取り、銅になります。
このような流れですね。
オルゴールを流したいということは、電子をたくさん反対側に持っていきたい、ということですよね。
なので、まずは亜鉛板の表面積を大きくして、硫酸亜鉛とたくさん反応させましょう。
（表面積を大きくすることでメリットがあるものは根毛・柔毛・肺胞もそうですね。これらは記述でもよく出るので確認しておきましょう）
また、たくさん電子が出てきても、受け取る側がいないと電子は飽和してしまい電気が流れません。
受け取る側は、硫酸銅に含まれている銅イオンでしたね。
この硫酸銅がたくさんあればいいので、硫酸銅の濃度を高くしましょう。
4.素焼きの容器を取り外すとどうなるか
混ぜたらどうなるの？と聞かれていますね。
確認します。
混ぜる前
亜鉛板が溶けて、電子が反対側に移動します。
反対側には、銅イオンが電子を待っています。
銅イオンが電子をもらい、銅になります。
この流れでした。
混ぜましょう。
亜鉛版が溶けて、電子が反対側に移動しようとします。
反対側に行く前に、そもそも水溶液中には銅イオンがいます。
亜鉛板が溶けつつ、すぐ近くにいる銅イオンに電子を与えます。
銅イオンは、亜鉛板上で銅になります。
時間がたつと、亜鉛板に銅がコーティングされます。
2種類の金属だったのが、1種類になってしまいましたね。これでは電池になり得ません。
このようなお話になります。
電池の問題がきたときは、電池になる条件と、金属の強さランキング（イオン化傾向といいます）をしっかり思い出しながら解きましょう。
3年生の範囲ですが、比較的解きやすい大問だったと思います。
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