次の文章は、鉛蓄電池に関する記述である。
鉛蓄電池は、正極と負極の両極に (ア) を用いる。希硫酸を電解液として初充電すると、正極に (イ) 負極に (ウ) ができる。これを放電すると、両極とももとの (ア) に戻る。
放電すると水ができ、電解液の濃度が下がり、両極間の電圧が低下する。そこで、充電により電圧を回復させる。過充電を行うと電解液中の水が電気分解して、正極から (エ)、負極から (オ) が発生する。
上記の記述中の空白箇所(ア)～(オ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
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要点
正解は(4)。鉛蓄電池は放電時に両極が硫酸鉛となり、充電後は正極が二酸化鉛、負極が鉛になります。過充電では水の電気分解により正極で酸素、負極で水素が発生します。
詳細解説
鉛蓄電池は放電状態で両極とも硫酸鉛\(\mathrm{PbSO_4}\)となるため（ア）は硫酸鉛。初充電により正極は二酸化鉛\(\mathrm{PbO_2}\)（イ），負極は鉛\(\mathrm{Pb}\)（ウ）となる。
また過充電では水の電気分解が起こり，正極で酸素（エ），負極で水素（オ）が発生する。代表例として，
\[
\mathrm{2OH^- \to \dfrac{1}{2}O_2 + H_2O + 2e^-}
\]
\[
\mathrm{2H_2O + 2e^- \to H_2 + 2OH^-}
\]
より，組合せは(4)。
