電池の電極反応と電子の流れを対応させる
亜鉛と銅を使う電池、二つの電極、セロハンのしきり、導線を表した七つの資料で、14問と六つの記述課題に取り組みます。
学年・内容の目安 中学校第3学年。授業の復習や教材の準備に使えます。公開教材の利用条件を確認し、年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。
学習内容や既習事項に合わせて使う独自の練習です。文部科学省の認定教材や、教科書・入試の全範囲を網羅する教材ではありません。
中学校理科第1分野(6)ア(イ)㋑「電池」に関連する、電極と外部回路の補助教材です。
解説を読む
どちらの電極で電子が出て、どちらで使われるかを考えます。電子が進む外の導線と、イオンが動く水溶液の部分を分けて読みましょう。
必要な予備知識
原子と陽イオンの間の変化、電子を受け取ることと失うこと、つながった回路を区別できること。
- この電池のモデルでは、亜鉛板が－極（負極）、銅板が＋極（正極）。－極ではZnが電子を出してZn²⁺となり、＋極ではCu²⁺が電子を受け取ってCuとなる。
- 外の導線では電子が－極から＋極へ動く。電流の向きは電子の向きとは反対に表す。
- 二つの水溶液を隔てるセロハンのしきりはイオンを通す。水溶液としきりを通ってイオンが電荷を運び、外の導線では電子が移動する。電流を流し続けるには、両方のつながりが必要。
- 電池では化学変化に伴って、外の回路へ電気エネルギーが渡される。エネルギーの量や効率は、電子の向きだけから決まらない。
解き方の例
ある電極で電子を失う反応が起こり、別の電極で電子を受け取る反応が起こるとき、外の導線で電子の移る向きを考えられます。
よくある間違い
- ＋極から－極へ電子が進むと考える。
- 二つの水溶液をつなぐ部分も電子が通ると考える。
- 導線を外しても同じ電流が流れ続けると考える。
観察と考え方を講師と確かめる
電極での反応、外の導線での電子と電流の向き、水溶液で電荷を運ぶ粒子を分けて示します。
つながりを考える紙上のモデルです。電池を実際に組み立てる手順や、電圧の大きさ、電極表面の詳しい反応は扱いません。
読む文章・資料
二つの電極と外の導線
亜鉛板は左、銅板は右です。外の導線には小さなモーターがつながり、二つの水溶液の間にはイオンを通すセロハンのしきりがあります。亜鉛板ではZn²⁺ができ、銅板ではCu²⁺から銅ができているとします。
両側での反応
モデルBでは亜鉛板にあったZnがZn²⁺になり、電子二個分が外の導線へ出ます。銅板ではCu²⁺が電子二個分を受け取り、Cuになります。
変わった粒子の数
電流が流れた間に、モデルでは亜鉛板のZnが三個分Zn²⁺になりました。外の導線を移った電子を、銅板でCu²⁺が受け取るモデルです。Zn一個分とCu²⁺一個分は、それぞれ電子二個分に対応します。
外の導線がつながっていない
記録Dではモーターへつながる導線を一か所外しました。電極も水溶液もセロハンのしきりも同じ位置です。観察した間、外の電流計には読みが出ませんでした。
水溶液の間のつながりがない
記録Eでは外の導線と電極をつないだまま、セロハンのしきりをイオンを通さないしきりに交換しました。二つの水溶液の間でイオンが移動できなくなり、外の回路に電流が流れ続けませんでした。
モーターが動いたときの変化
つながったモデルで電流が流れ、外の小さなモーターが動きました。同じ時間に亜鉛板の一部がZn²⁺となり、銅板では金属のCuが増えました。エネルギーが何J渡ったかは測っていません。
電圧計で極を確かめる
同じ組の電池で、電圧計の赤い端子を銅板、黒い端子を亜鉛板につなぐと正の値でした。端子を入れ替えて測ると、同じ大きさの負の値になりました。これは電圧の記録です。
練習する
選択問題では答えを一つ選び、数値問題では指定された単位で数だけを入力します。観察の根拠や途中の計算は、記述課題で講師と確認します。
入力した答えは、ページを再読み込みするか離れるまで、このページのメモリ上に保持されます。保存済みの下書き、アカウントの成績、自動の宿題提出は作成されません。
自分の答えと記述
確認問題・資料・講師と使う課題
資料：二つの電極と外の導線
図で、外の導線を進む電子はどちら向きですか。
- 右の銅板から左の亜鉛板へ。
- 左の亜鉛板から右の銅板へ。
- 二つの板からセロハンのしきりの中央へ。
答えと解説
左の亜鉛板から右の銅板へ。
亜鉛板でZnから電子が出て、銅板ではCu²⁺が電子を受け取ります。
資料：二つの電極と外の導線
外の導線で電流の向きを表すとどちらですか。
- 亜鉛板から銅板へ。
- モーターの両側から同時に中央へ。
- 銅板から亜鉛板へ。
答えと解説
銅板から亜鉛板へ。
外の導線で電子は亜鉛板から銅板へ進みます。電流はそれと反対の向きです。
資料：両側での反応
亜鉛板で起きる変化に合うのはどれですか。
- Znが電子を失い、Zn²⁺になる。
- Zn²⁺が電子を失い、Znになる。
- Znが電子を受け取り、Cuになる。
答えと解説
Znが電子を失い、Zn²⁺になる。
亜鉛板の金属Znは電子を失い、Zn²⁺として水溶液へ移ります。
資料：両側での反応
銅板で電子を使う反応に合うのはどれですか。
- Cuが電子を受け取り、Zn²⁺になる。
- Cu²⁺が電子を受け取り、Cuになる。
- Cuが電子を失い、Cu²⁺になる。
答えと解説
Cu²⁺が電子を受け取り、Cuになる。
水溶液にあったCu²⁺が電子を受け取り、銅板のところで金属のCuになります。
資料：変わった粒子の数
三個分のZnから外の導線へ出た電子は何個分ですか。
答えと解説
6
Zn一個分から二個分ずつ出るため、三個分では3×2＝6個分です。
資料：変わった粒子の数
その電子によってCu²⁺は何個分がCuになりますか。
答えと解説
3
電子六個分を一個分のCu²⁺あたり二個分使うため、三個分です。
資料：外の導線がつながっていない
Dで外の電流計に読みが出なかった理由に合うのはどれですか。
- 外の導線のつながりが切れた。
- 二つの水溶液の温度が変わった。
- しきりを交換し、水溶液間でイオンが動けなくなった。
答えと解説
外の導線のつながりが切れた。
水溶液側はつながっていますが、外の回路が切れているため読みが出ません。
資料：外の導線がつながっていない
Dの記録から言える範囲はどれですか。
- 水溶液の中からイオンが全部なくなった。
- 観察した外の回路では、電流の読みが出なかった。
- それぞれの電極の周りでは、どんな変化も起きなかった。
答えと解説
観察した外の回路では、電流の読みが出なかった。
外の電流計の記録です。水溶液や電極の周りの全ての変化を調べた記録ではありません。
資料：水溶液の間のつながりがない
Eで外の電流が続かない理由に合うのはどれですか。
- 液の側はつながったままで、銅板と亜鉛板を入れ替えた結果、極が変わった。
- 液の側はつながり、外れたモーターの位置で電子の通り道が切れた。
- 液の側でイオンが電荷を運ぶつながりが切れた。
答えと解説
液の側でイオンが電荷を運ぶつながりが切れた。
外の導線はつながっていますが、二つの水溶液の間でイオンが動けるつながりがありません。
資料：水溶液の間のつながりがない
セロハンのしきりを通って移動し、電荷を運ぶものはどれですか。
- 液の中を動けるイオン。
- 外の導線から入った電子。
- 水溶液を移動する金属板。
答えと解説
液の中を動けるイオン。
セロハンのしきりは水溶液側のつながりです。ここで電荷を運ぶのは動けるイオンです。
資料：モーターが動いたときの変化
モーターが動いたことと電極の変化を結び付けた説明はどれですか。
- モーターの運動から化学変化へエネルギーが供給された。
- 電極での化学変化に伴い、外の回路へエネルギーが渡った。
- 電極での化学変化が終わるまでは、外の回路にエネルギーが渡らない。
答えと解説
電極での化学変化に伴い、外の回路へエネルギーが渡った。
電池の化学変化に伴い、外の回路へ電気エネルギーが渡り、モーターが動きます。
資料：モーターが動いたときの変化
この観察だけでは決められないのはどれですか。
- 亜鉛板の一部がイオンになったか。
- 銅板で金属のCuが増えたか。
- 外のモーターへ何Jのエネルギーが渡ったか。
答えと解説
外のモーターへ何Jのエネルギーが渡ったか。
何J渡ったかは測っていません。モーターの動きと電極の変化は記録にあります。
資料：電圧計で極を確かめる
最初の電圧計の値から、どちらの板が相対的に正と読めますか。
- 赤い端子をつないだ銅板。
- 黒い端子をつないだ亜鉛板。
- 二枚の電極は電圧計で比べても差がない。
答えと解説
赤い端子をつないだ銅板。
銅板を赤、亜鉛板を黒にして正の値なので、銅板の方が相対的に正です。
資料：電圧計で極を確かめる
端子を入れ替えた後の記録の説明はどれですか。
- 電池の物質を替えて、電圧の大きさを二倍にした。
- 電圧を読む向きが逆になり、符号だけが変わった。
- 電池そのものの＋極と－極が逆になった結果、負の値が出た。
答えと解説
電圧を読む向きが逆になり、符号だけが変わった。
電池の板は同じで、電圧計の二本の端子の向きだけが逆になりました。
観察と考え方を講師と確かめる
資料：二つの電極と外の導線
外の導線の電子の向きを図に矢印で加えるか、文で表し、電極の変化と結び付けましょう。
答えと解説
亜鉛板でZnが電子を出してZn²⁺となり、その電子は外の導線を亜鉛板から銅板へ進みます。銅板ではCu²⁺が電子を受け取りCuになります。
外の導線の電子と、水溶液の中のイオンを区別します。
- 外の導線の電子を亜鉛板から銅板へ向ける。
- 亜鉛で電子が出て、銅の側で電子が使われると示す。
資料：両側での反応
亜鉛板と銅板で起きる変化を、電子を失うことと受け取ることに分けましょう。
答えと解説
亜鉛板ではZnが電子二個分を失ってZn²⁺となります。銅板ではCu²⁺が電子二個分を受け取ってCuになります。
電子の出る側と使われる側を分けます。
- ZnからZn²⁺への変化と、電子二個分を失うことを示す。
- Cu²⁺からCuへの変化と、電子二個分を受け取ることを示す。
資料：変わった粒子の数
Zn三個分の変化と、Cuができる個数を、電子の数を使って説明しましょう。
答えと解説
Zn三個分がZn²⁺になると、電子が六個分出ます。Cu²⁺は一個分で二個分の電子を使うので、Cuが三個分できます。
両方の反応で電子の数を対応させます。
- Zn三個分から電子六個分が出ると示す。
- Cu²⁺一個分に電子二個分が必要なので、Cuが三個分できると示す。
資料：外の導線がつながっていない
導線を外した記録から分かることと、分からないことを書きましょう。
答えと解説
外の回路のつながりが切れたため、観察した間は外の電流計に読みが出ませんでした。水溶液にイオンがあるかや、電極の周りで起きる細かな変化までは、この記録だけでは分かりません。
測った場所を確認してから結論を述べます。
- 外の導線のつながりが切れ、電流計の読みが出なかったと示す。
- 測定していない電極の周りや水溶液については結論を広げない。
資料：水溶液の間のつながりがない
導線がつながっていても電流が流れ続けなかった理由を、セロハンのしきりの役割で説明しましょう。
答えと解説
外の導線は電子が通れますが、交換したしきりはイオンを通しません。二つの水溶液の間でイオンが電荷を運べなくなったため、外の回路にも電流が流れ続けませんでした。
外の回路だけを見て判断しません。
- 導線はつながったまま、液の側のつながりが切れたと示す。
- セロハンのしきりでイオンが電荷を運ぶことと、電流が流れ続けないことを結び付ける。
資料：モーターが動いたときの変化
モーターが動いた記録から、電池でどのようにエネルギーが移ったか説明しましょう。
答えと解説
亜鉛と銅の側で化学変化が起き、同じ時間に外のモーターが動きました。化学変化に伴って外の回路へ電気エネルギーが渡ったと考えられます。渡った量は測っていません。
動いたことと、何J移ったかを測ったことは違います。
- 電極での化学変化と、外でモーターが動いた事実を結び付ける。
- 外の回路へエネルギーが移ったことと、量の未測定を区別する。
ワークシート
学習内容と参考資料
授業・宿題・次の記録につなげる
観察や測定の結果をもとに、生徒が何を根拠に考えたかを一緒に確かめましょう。印刷する場合は、生徒用には解答を付けず、講師用には解答と記述課題の評価の目安を付けます。年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。生徒用のログインを使う場合は、利用条件と同意の手順を確認してください。
講師の方へ
教材にリンクを保存し、必要なときに生徒と共有できます。
この練習問題を保存ワークシート: 電池の電極反応と電子の流れを対応させる
MomentDesk · https://momentdesk.com/ja/practice/connect-cell-electrode-reactions-and-electron-flow/
電極での反応、外の導線での電子と電流の向き、水溶液で電荷を運ぶ粒子を分けて示します。
読む文章・資料
二つの電極と外の導線
亜鉛板は左、銅板は右です。外の導線には小さなモーターがつながり、二つの水溶液の間にはイオンを通すセロハンのしきりがあります。亜鉛板ではZn²⁺ができ、銅板ではCu²⁺から銅ができているとします。
両側での反応
モデルBでは亜鉛板にあったZnがZn²⁺になり、電子二個分が外の導線へ出ます。銅板ではCu²⁺が電子二個分を受け取り、Cuになります。
変わった粒子の数
電流が流れた間に、モデルでは亜鉛板のZnが三個分Zn²⁺になりました。外の導線を移った電子を、銅板でCu²⁺が受け取るモデルです。Zn一個分とCu²⁺一個分は、それぞれ電子二個分に対応します。
外の導線がつながっていない
記録Dではモーターへつながる導線を一か所外しました。電極も水溶液もセロハンのしきりも同じ位置です。観察した間、外の電流計には読みが出ませんでした。
水溶液の間のつながりがない
記録Eでは外の導線と電極をつないだまま、セロハンのしきりをイオンを通さないしきりに交換しました。二つの水溶液の間でイオンが移動できなくなり、外の回路に電流が流れ続けませんでした。
モーターが動いたときの変化
つながったモデルで電流が流れ、外の小さなモーターが動きました。同じ時間に亜鉛板の一部がZn²⁺となり、銅板では金属のCuが増えました。エネルギーが何J渡ったかは測っていません。
電圧計で極を確かめる
同じ組の電池で、電圧計の赤い端子を銅板、黒い端子を亜鉛板につなぐと正の値でした。端子を入れ替えて測ると、同じ大きさの負の値になりました。これは電圧の記録です。
資料：二つの電極と外の導線
図で、外の導線を進む電子はどちら向きですか。
- 右の銅板から左の亜鉛板へ。
- 左の亜鉛板から右の銅板へ。
- 二つの板からセロハンのしきりの中央へ。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：二つの電極と外の導線
外の導線で電流の向きを表すとどちらですか。
- 亜鉛板から銅板へ。
- モーターの両側から同時に中央へ。
- 銅板から亜鉛板へ。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：両側での反応
亜鉛板で起きる変化に合うのはどれですか。
- Znが電子を失い、Zn²⁺になる。
- Zn²⁺が電子を失い、Znになる。
- Znが電子を受け取り、Cuになる。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：両側での反応
銅板で電子を使う反応に合うのはどれですか。
- Cuが電子を受け取り、Zn²⁺になる。
- Cu²⁺が電子を受け取り、Cuになる。
- Cuが電子を失い、Cu²⁺になる。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：変わった粒子の数
三個分のZnから外の導線へ出た電子は何個分ですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：変わった粒子の数
その電子によってCu²⁺は何個分がCuになりますか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：外の導線がつながっていない
Dで外の電流計に読みが出なかった理由に合うのはどれですか。
- 外の導線のつながりが切れた。
- 二つの水溶液の温度が変わった。
- しきりを交換し、水溶液間でイオンが動けなくなった。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：外の導線がつながっていない
Dの記録から言える範囲はどれですか。
- 水溶液の中からイオンが全部なくなった。
- 観察した外の回路では、電流の読みが出なかった。
- それぞれの電極の周りでは、どんな変化も起きなかった。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：水溶液の間のつながりがない
Eで外の電流が続かない理由に合うのはどれですか。
- 液の側はつながったままで、銅板と亜鉛板を入れ替えた結果、極が変わった。
- 液の側はつながり、外れたモーターの位置で電子の通り道が切れた。
- 液の側でイオンが電荷を運ぶつながりが切れた。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：水溶液の間のつながりがない
セロハンのしきりを通って移動し、電荷を運ぶものはどれですか。
- 液の中を動けるイオン。
- 外の導線から入った電子。
- 水溶液を移動する金属板。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：モーターが動いたときの変化
モーターが動いたことと電極の変化を結び付けた説明はどれですか。
- モーターの運動から化学変化へエネルギーが供給された。
- 電極での化学変化に伴い、外の回路へエネルギーが渡った。
- 電極での化学変化が終わるまでは、外の回路にエネルギーが渡らない。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：モーターが動いたときの変化
この観察だけでは決められないのはどれですか。
- 亜鉛板の一部がイオンになったか。
- 銅板で金属のCuが増えたか。
- 外のモーターへ何Jのエネルギーが渡ったか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：電圧計で極を確かめる
最初の電圧計の値から、どちらの板が相対的に正と読めますか。
- 赤い端子をつないだ銅板。
- 黒い端子をつないだ亜鉛板。
- 二枚の電極は電圧計で比べても差がない。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：電圧計で極を確かめる
端子を入れ替えた後の記録の説明はどれですか。
- 電池の物質を替えて、電圧の大きさを二倍にした。
- 電圧を読む向きが逆になり、符号だけが変わった。
- 電池そのものの＋極と－極が逆になった結果、負の値が出た。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
観察と考え方を講師と確かめる
ここからは講師と確認する記述問題です。自動採点の点数には含みません。
資料：二つの電極と外の導線
外の導線の電子の向きを図に矢印で加えるか、文で表し、電極の変化と結び付けましょう。
資料：両側での反応
亜鉛板と銅板で起きる変化を、電子を失うことと受け取ることに分けましょう。
資料：変わった粒子の数
Zn三個分の変化と、Cuができる個数を、電子の数を使って説明しましょう。
資料：外の導線がつながっていない
導線を外した記録から分かることと、分からないことを書きましょう。
資料：水溶液の間のつながりがない
導線がつながっていても電流が流れ続けなかった理由を、セロハンのしきりの役割で説明しましょう。
資料：モーターが動いたときの変化
モーターが動いた記録から、電池でどのようにエネルギーが移ったか説明しましょう。
解答: 電池の電極反応と電子の流れを対応させる
左の亜鉛板から右の銅板へ。
亜鉛板でZnから電子が出て、銅板ではCu²⁺が電子を受け取ります。
銅板から亜鉛板へ。
外の導線で電子は亜鉛板から銅板へ進みます。電流はそれと反対の向きです。
Znが電子を失い、Zn²⁺になる。
亜鉛板の金属Znは電子を失い、Zn²⁺として水溶液へ移ります。
Cu²⁺が電子を受け取り、Cuになる。
水溶液にあったCu²⁺が電子を受け取り、銅板のところで金属のCuになります。
6
Zn一個分から二個分ずつ出るため、三個分では3×2＝6個分です。
3
電子六個分を一個分のCu²⁺あたり二個分使うため、三個分です。
外の導線のつながりが切れた。
水溶液側はつながっていますが、外の回路が切れているため読みが出ません。
観察した外の回路では、電流の読みが出なかった。
外の電流計の記録です。水溶液や電極の周りの全ての変化を調べた記録ではありません。
液の側でイオンが電荷を運ぶつながりが切れた。
外の導線はつながっていますが、二つの水溶液の間でイオンが動けるつながりがありません。
液の中を動けるイオン。
セロハンのしきりは水溶液側のつながりです。ここで電荷を運ぶのは動けるイオンです。
電極での化学変化に伴い、外の回路へエネルギーが渡った。
電池の化学変化に伴い、外の回路へ電気エネルギーが渡り、モーターが動きます。
外のモーターへ何Jのエネルギーが渡ったか。
何J渡ったかは測っていません。モーターの動きと電極の変化は記録にあります。
赤い端子をつないだ銅板。
銅板を赤、亜鉛板を黒にして正の値なので、銅板の方が相対的に正です。
電圧を読む向きが逆になり、符号だけが変わった。
電池の板は同じで、電圧計の二本の端子の向きだけが逆になりました。
記述問題の解答・確認の観点
資料：二つの電極と外の導線
外の導線の電子の向きを図に矢印で加えるか、文で表し、電極の変化と結び付けましょう。
亜鉛板でZnが電子を出してZn²⁺となり、その電子は外の導線を亜鉛板から銅板へ進みます。銅板ではCu²⁺が電子を受け取りCuになります。
外の導線の電子と、水溶液の中のイオンを区別します。
- 外の導線の電子を亜鉛板から銅板へ向ける。
- 亜鉛で電子が出て、銅の側で電子が使われると示す。
資料：両側での反応
亜鉛板と銅板で起きる変化を、電子を失うことと受け取ることに分けましょう。
亜鉛板ではZnが電子二個分を失ってZn²⁺となります。銅板ではCu²⁺が電子二個分を受け取ってCuになります。
電子の出る側と使われる側を分けます。
- ZnからZn²⁺への変化と、電子二個分を失うことを示す。
- Cu²⁺からCuへの変化と、電子二個分を受け取ることを示す。
資料：変わった粒子の数
Zn三個分の変化と、Cuができる個数を、電子の数を使って説明しましょう。
Zn三個分がZn²⁺になると、電子が六個分出ます。Cu²⁺は一個分で二個分の電子を使うので、Cuが三個分できます。
両方の反応で電子の数を対応させます。
- Zn三個分から電子六個分が出ると示す。
- Cu²⁺一個分に電子二個分が必要なので、Cuが三個分できると示す。
資料：外の導線がつながっていない
導線を外した記録から分かることと、分からないことを書きましょう。
外の回路のつながりが切れたため、観察した間は外の電流計に読みが出ませんでした。水溶液にイオンがあるかや、電極の周りで起きる細かな変化までは、この記録だけでは分かりません。
測った場所を確認してから結論を述べます。
- 外の導線のつながりが切れ、電流計の読みが出なかったと示す。
- 測定していない電極の周りや水溶液については結論を広げない。
資料：水溶液の間のつながりがない
導線がつながっていても電流が流れ続けなかった理由を、セロハンのしきりの役割で説明しましょう。
外の導線は電子が通れますが、交換したしきりはイオンを通しません。二つの水溶液の間でイオンが電荷を運べなくなったため、外の回路にも電流が流れ続けませんでした。
外の回路だけを見て判断しません。
- 導線はつながったまま、液の側のつながりが切れたと示す。
- セロハンのしきりでイオンが電荷を運ぶことと、電流が流れ続けないことを結び付ける。
資料：モーターが動いたときの変化
モーターが動いた記録から、電池でどのようにエネルギーが移ったか説明しましょう。
亜鉛と銅の側で化学変化が起き、同じ時間に外のモーターが動きました。化学変化に伴って外の回路へ電気エネルギーが渡ったと考えられます。渡った量は測っていません。
動いたことと、何J移ったかを測ったことは違います。
- 電極での化学変化と、外でモーターが動いた事実を結び付ける。
- 外の回路へエネルギーが移ったことと、量の未測定を区別する。