大学入学共通テスト（理科） 過去問
令和6年度（2024年度）本試験
問104 (化学（第3問） 問7)

ニッケルの製錬には、鉱石から得た硫化ニッケル（Ⅱ）NiSを塩化銅（Ⅱ）CuCl₂の水溶液と反応させて塩化ニッケル（Ⅱ）NiCl₂の水溶液とし、この水溶液の電気分解によって単体のニッケルNiを得る方法がある。次の問いに答えよ。

塩酸で酸性にしたCuCl₂水溶液に固体のNiSを加えて反応させると、式（1）に示すように、NiSはNiCl₂の水溶液として溶解させることができる。
なお、硫黄Sは析出し分離することができる。

式（1）でNiCl₂とCuClが得られた水溶液からCuClを除いた後、その水溶液を電気分解すると、単体のNiが得られる。このとき陰極では、式（3）と（4）に示すようにNiの析出と気体の水素H₂の発生が同時に起こる。陽極では、式（5）に示すように気体のCl₂が発生する。

NiS＋2CuCl₂　➞　NiCl₂＋2CuCl＋S・・・（1）

陰極
Ni^2＋＋2e⁻　➞　Ni・・・（3）
2H^＋＋2e⁻　➞　H₂・・・（4）

陽極
2Cl⁻　➞　Cl₂＋2e⁻・・・（5）

電気分解によりH₂とCl₂が安定に発生しはじめてから、さらに時間t（s）だけ電気分解を続ける。この間に発生するH₂とCl₂の体積が、温度T（K）、圧力P（Pa）のもとでそれぞれV_H2（L）とV_Cl2（L）のとき、陰極に析出するNiの質量w（g）を表す式として最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。
ただし、Niのモル質量はM（g／mol）、気体定数はR（Pa・L／（K・mol））とする。また、流れた電流はすべて式（3）～（5）の反応に使われるものとし、H₂とCl₂の水溶液への溶解は無視できるものとする。