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❓ この回で答えたい問い / 这节要解决的问题
電池の電圧は何で決まり、Ni-MH の中では何が起きているのか？
电池电压由什么决定?镍氢电池内部到底发生了什么反应?
分析化学3 / 第 8 回

二次電池と電極電位（電位-pHへの導入）

二次电池与电极电位（电位-pH的铺垫）
分析化学3 🔑 難易度 ★★☆ 📌 Ni-MH・Liイオン・Nernst
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本講のポイント本课重点

実在の電池で電極反応を読む回。エネループ等のニッケル水素電池(Ni-MH)が題材。本课用真实电池(如爱乐普镍氢电池)读电极反应。
Ni-MH 正極：NiOOH + H₂O + e⁻ → Ni(OH)₂ + OH⁻（Ni が +3→+2、1電子）。镍氢正极：NiOOH得1电子还原为Ni(OH)₂。
Ni-MH 負極：水素吸蔵合金 MH + OH⁻ → M + H₂O + e⁻（水素 0→+1、酸化）。负极：储氢合金MH放电子被氧化。
水素吸蔵合金＝Ti・V・Cr・Ni などの合金に水素を貯めたもの（電池の負極材）。储氢合金=Ti/V/Cr/Ni等合金贮存氢，作负极材料。
Ni-MH の起電力 ≈ 1.2 V、リチウムイオンは 3.7 V。電位差が大きいほど電圧が高い。镍氢≈1.2V、锂离子3.7V；电极电位差越大电压越高。
後半は pKa とネルンスト式の変形へ。次回の電位-pH図の計算準備。下半场转入pKa与能斯特式变形，为电位-pH图作准备。
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講義の流れ这节课老师一步步讲了什么
🟢 緑＝重要 / 绿色=重点🔵 青＝流れ / 蓝色=过程💬 灰＝余談 / 灰色=老师的闲话枝节
① 開始：身近な電池を分解して見る
先生は前回の電池の話を、エネループ等のニッケル水素電池(Ni-MH)で具体化した(商品名が映ってしまった、と苦笑しつつ)。「電池の中の反応を一つずつ見ていく」と宣言した。老师把上回的电池理论用身边的镍氢电池(如爱乐普)具体化(还自嘲商品名露出来了),说要逐个看电池内部的反应。
② 正極：水酸化ニッケルの反応を書く
正極では NiOOH(オキシ水酸化ニッケル)→Ni(OH)₂。「左の +3 が +2 になるから電子は1個。あとは H と O を合わせれば書ける」と、酸化数を追って半反応を組み立てた。正极:NiOOH→Ni(OH)₂;老师说左边+3变+2、所以电子是1个,再配平H和O就能写出半反应。
③ 負極：水素吸蔵合金とは何か
負極材は水素吸蔵合金 MH。「M は金属で、チタン・バナジウム・クロム・ニッケルなどの合金に水素を貯めたもの。負極で水素(0価)が水になり +1 へ酸化される」と説明した。负极是储氢合金MH;M是金属(钛/钒/铬/镍等合金贮氢),负极里氢(0价)变成水、被氧化为+1。
④ 起電力は電位差で決まる
「次のスライドに各電極電位がマイナス→プラスで並ぶ。Ni-MH の電位差はおよそ 0.49+0.82 程度＝約1.3 V(公称1.2 V)。つまり使う2電極の電位差が大きいほど電圧が高い」と核心を述べた。下一张幻灯各电极电位从负排到正;镍氢的电位差约0.49+0.82≈1.3V(标称1.2V);核心:所选两极电位差越大、电压越高。
⑤ リチウムイオンが高電圧な理由
「リチウムイオン電池は約 3.7 V。なぜ高いかというと、生育局(正負極)に電位の離れた材料を使うから」とつなげた。锂离子电池约3.7V;之所以高,是因为正负极用了电位相距很大的材料。
⑥ 後半：pKa とネルンスト式の変形
後半は計算の準備。「pKa＝−log Ka」を確認し、ネルンスト式の対数項を pKa・pH で書き換える変形を練習した。下半场转入计算准备:确认pKa=−logKa,练习把能斯特式的对数项改写成含pKa/pH的形式。
⑦ 締め：次回の電位-pH図へ
「この変形ができると、E を pH の関数として描ける。次回の電位-pH(プールベ)図につながる」と予告して終えた。收尾:会了这种变形就能把E写成pH的函数,衔接下次的电位-pH图。
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知識マップ知识图谱（先看这张抓全局）
二次電池→電位二次电池→电位
Ni-MH電池镍氢电池
正極 NiOOH→Ni(OH)₂(1e⁻)正极镍还原
負極 水素吸蔵合金 MH の酸化负极储氢合金氧化
起電力 ≈ 1.2 V电动势≈1.2V
水素吸蔵合金储氢合金
Ti/V/Cr/Ni 等の合金Ti/V/Cr/Ni合金
水素を貯める負極材贮氢的负极材料
電圧の決まり方电压如何决定
電位差が大きい=電圧が高い电位差大=电压高
Liイオンは ≈3.7 V锂离子≈3.7V
計算準備(後半)计算准备
pKa=−log Ka の確認pKa=−logKa
ネルンスト式の変形能斯特式变形
次回:電位-pH図へ下次:电位-pH图
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電極反応を読む手順逻辑链：怎么读一个电极反应

① 何が反応しているか書く
正極・負極の化学種を特定。先写正负极各是什么物种。
② 酸化数の変化を見る
上がる=酸化(負極)、下がる=還元(正極)。看氧化数:升=氧化(负极),降=还原(正极)。
③ 電子数を合わせる
Ni は 1e⁻、係数を電子で合わせる。用电子数配平。
④ H・O を水と OH⁻ で合わせる
アルカリ電解液なので OH⁻ で調整。碱性电解液用OH⁻、H₂O配平。
⑤ 起電力＝正極−負極の電位差
差が大きいほど電圧が高い。电动势=两极电位差,越大越高。
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解説详细讲解

ニッケル水素電池(Ni-MH)の半反応 镍氢电池的半反应

正極：NiOOH + H₂O + e⁻ → Ni(OH)₂ + OH⁻ （Ni +3→+2） 負極：MH + OH⁻ → M + H₂O + e⁻ （H 0→+1）

アルカリ電解液(KOH)なので OH⁻ と H₂O で原子を合わせる。正極では Ni が +3→+2 で還元、負極では水素吸蔵合金中の水素(0価)が +1 へ酸化される。両者を足すと放電の全反応になる。碱性电解液用OH⁻/H₂O配平;正极Ni还原、负极储氢中的氢氧化。

水素吸蔵合金(MH)とは 什么是储氢合金

Ti・V・Cr・Ni などを組み合わせた合金で、結晶のすき間に水素原子を貯蔵できる。Ni-MH 電池ではこれを負極材として使い、充放電で水素を出し入れする。Ti/V/Cr/Ni等合金能在晶格间隙贮存氢原子,作镍氢电池负极,充放电时吸放氢。

起電力は電位差で決まる 电动势由电位差决定

電池 / 电池起電力 / 电动势備考 / 备注
Ni-MH(ニッケル水素)≈1.2 V電極電位差から由电极电位差
リチウムイオン≈3.7 V電位差が大きい电位差大

電位の一覧図でマイナス側からプラス側へ各電極を並べると、選んだ2電極の差がそのまま起電力になる。だから高電圧の電池ほど、電位の離れた2電極を組み合わせている。把各电极按电位排开,所选两极之差即电动势;高压电池用电位相距远的两极。

後半：pKa とネルンスト式の変形 下半场:pKa与能斯特式变形

pKa = −log Ka を確認し、ネルンスト式の対数項を pKa や pH で書き換える練習をした。これは次回の電位-pH(プールベ)図で、境界線の式を立てるための準備である。复习pKa=−logKa,把能斯特式的对数项改写成含pKa/pH的形式,为下次画电位-pH图作准备。

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つまずきポイント容易错的地方

❌ 起電力は電池の容量で決まる
✅ 起電力は電極電位の差で決まる（容量は別の指標）
电动势由电极电位差决定,不是由容量决定。
❌ アルカリ電池の半反応を H⁺ で合わせる
✅ 電解液が塩基性なので OH⁻ と H₂O で合わせる
镍氢是碱性电解液,配平用OH⁻和H₂O,不用H⁺。
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基礎問題基础理解题（这些懂了就过关）

基礎Ni-MH 電池の正極で Ni の酸化数はどう変わるか？镍氢电池正极Ni氧化数如何变化？
+3 → +2（NiOOH → Ni(OH)₂、1電子の還元）。+3→+2，得1电子还原。
基礎Ni-MH 電池の負極材は何か？镍氢电池负极材料是什么？
水素吸蔵合金(MH)。Ti/V/Cr/Ni 等の合金に水素を貯めたもの。储氢合金，Ti/V/Cr/Ni等合金贮氢。
基礎Ni-MH とリチウムイオン電池の起電力は？镍氢与锂离子电池的电动势？
≈1.2 V と ≈3.7 V。≈1.2V与≈3.7V。
基礎起電力の大小は何で決まるか？电动势大小由什么决定？
使う2電極の電極電位の差。差が大きいほど高電圧。两电极电位差，差越大电压越高。
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発展問題进阶题

発展アルカリ電池の半反応を書くとき H と O をどう合わせるか？写碱性电池半反应时怎么配平H和O？
電解液が KOH(塩基性)なので、OH⁻ と H₂O を使って両辺の H・O・電荷を合わせる。酸性なら H⁺ を使うが、Ni-MH は OH⁻ を用いる。碱性电解液用OH⁻和H₂O配平H、O和电荷(酸性才用H⁺)。
発展なぜリチウムイオン電池は Ni-MH より高電圧なのか？为什么锂离子电池电压比镍氢高？
正負極に電極電位が大きく離れた材料(高電位の遷移金属酸化物正極と低電位の炭素/Li負極)を使うため。起電力は電位差そのもの。正负极用电位相距很大的材料,电动势就是电位差。
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