電気化学2【電験3種 機械】食塩電解（イオン交換膜法）の仕組みの穴埋め問題！平成21年度 A問題12 完全解説

今回は平成21年度 機械科目 A問題12を解説します。食塩水を電気分解して水酸化ナトリウムと塩素を得る食塩電解（イオン交換膜法）の工業プロセスに関する空所補充問題です。

現在わが国で採用されている食塩電解法はイオン交換膜法で、陽イオン（ナトリウムイオン）だけを選択的に通す膜を使うことで純度の高いNaOHを得る仕組みがポイントです。

平成21年度 機械科目 A問題12：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 機械科目 【電気化学】 平成21年度 A問題12

　食塩水を電気分解して，水酸化ナトリウム（NaOH，か性ソーダ）と塩素（Cl₂）を得るプロセスは食塩電解と呼ばれる。食塩電解の工業プロセスとして，現在，わが国で採用されているものは，（ア）である。

　この食塩電解法では，陽極側と陰極側を仕切る膜に（イ）イオンだけを選択的に透過する密隔膜が用いられている。外部電源から電流を流すと，陽極側にある食塩水と陰極側にある水との間で電気分解が生じてイオンの移動が起こる。陽極側で生じた（ウ）イオンが密隔膜を通して陰極側に入り，（エ）となる。

　上記の記述中の空白箇所(ア)，(イ)，(ウ)及び(エ)に当てはまる語句として，正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。

	（ア）	（イ）	（ウ）	（エ）
(1)	隔膜法	陽	塩素	Cl₂
(2)	イオン交換膜法	陽	ナトリウム	NaOH
(3)	イオン交換膜法	陰	塩素	Cl₂
(4)	イオン交換膜法	陰	ナトリウム	NaOH
(5)	隔膜法	陰	水酸	NaOH

出題のポイント：食塩電解とNa⁺の膜透過

イオン交換膜法では、Na⁺だけが陽極室から陰極室へ膜を透過します。陽極ではCl₂、陰極ではH₂とOH⁻が生じ、陰極室に移動したNa⁺とOH⁻が共存するNaOH水溶液を得ます。

ポイント解説：陽極・陰極反応とNaOH生成

食塩水を電気分解すると、陽極で塩素ガス（Cl₂）、陰極で水素ガス（H₂）が発生し、水酸化ナトリウム（NaOH）が生成されます。工業的な食塩電解には隔膜法・水銀法・イオン交換膜法の3方式がありますが、現在わが国で採用されているのはイオン交換膜法です。

イオン交換膜は陽イオン（ナトリウムイオンNa⁺）だけを選択的に通す膜で、陽極側の食塩水中で生じたNa⁺が膜を通って陰極側へ移動し、陰極側で水の還元により生じたOH⁻と共存して、水酸化ナトリウム（NaOH）水溶液となります。

問題の解説：膜の種類と透過イオンを特定する

STEP1　（ア）現在の工業プロセスを特定する

食塩電解の工業プロセスには隔膜法・水銀法・イオン交換膜法があり、現在わが国で採用されているのはイオン交換膜法です。

STEP2　（イ）（ウ）膜を透過するイオンの種類を特定する

イオン交換膜は陽イオンだけを選択的に通す膜なので（イ）は陽。陽極側で生じるのはナトリウムイオン（Na⁺、正イオン）なので、膜を通って移動するのはナトリウムイオン（ウ）です。

STEP3　（エ）陰極側で生成する物質を特定する

陰極側では水の還元によりOH⁻が生じ、膜を通過したNa⁺と共存することで水酸化ナトリウムNaOH水溶液（エ）が得られます。

以上より（ア）イオン交換膜法（イ）陽（ウ）ナトリウム（エ）NaOHの組合せである(2)が正解です。

答え：(2)

まとめ

(ア)	イオン交換膜法
(イ)	陽
(ウ)	ナトリウム
(エ)	NaOH
答え	(2)

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