DVIOUT-気体と溶

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1 金属イオンの決定 金属イオンを確実に右図のように色々な金属イオン Cu 2+, Pb 2+,Ag +,Na +,Ba 2+,Zn 2+,Fe 3+ が入っている絶対に飲用してはいけない 水溶液がある 何が入っているのかを見 分けるのがイオン分析であり, 無機化学 の総合的な知識が要求される 様々な陰 イオンを加えてやり, 沈殿物をろ過して 除去していく方法であり, 入試でもある 程度はパターン化されている 1 まず塩酸を加える Cl と結合して 沈殿するのは,PbCl 2 ( 白 ) と AgCl( 白 ) で ある ( たまに Hg 2 Cl 2 も出ることが ) だ からこの 2 つが沈殿する 2 AgCl,PbCl 2 はともに白色沈殿で 見分けがつかない 食べるわけにもいか ない ここで熱湯を加えてみると分かる PbCl 2 は水には溶解度が低いが, お湯に 対する溶解度は高いため溶ける 3 鉛 (II) イオンは無色なのでこれを裏 沈殿, 濁りはろ過して除去溶けているものはイオンになる酸性か塩基性かを意識する各陰イオンは何を沈殿させるのか一つ一つ覚えるべき 付けするためにクロム酸カリウム水溶液を加える PbCrO 4 ( 黄色 ) が沈殿 他にクロム酸イ オンで沈殿するものは,BaCrO 4 ( 黄色 ) と Ag 2 CrO 4 ( 暗赤色 ) がある 4 上澄み水溶液に戻って硫化水素を加える 塩酸を加えたての酸性である 酸性のときに 沈殿する硫化物は Ag 2 S,PbS,CuS,CdS を思い出してもらいたい ここでは CuS( 黒 ) の みが沈殿する ZnS や FeS は中性 塩基性でないと沈殿しない 5 硫化水素には強力な還元力があるので,Fe 3+ が Fe 2+ になってしまっている これを酸 化して Fe 3+ に戻すべく, 他の影響が少ない酸化剤として硝酸を加える また煮沸して硫化 水素を追い出す そして濃アンモニア水を多量に加える 多くの金属イオンは塩基性水溶液 中では水酸化物沈殿を作るが, アルカリ金属, アルカリ土類金属と Ag,Cu,Zn,Ni は濃 アンモニア水では沈殿しない ここでは Fe(OH) 3 ( 赤褐色 ) のみが沈殿する 6 アンモニア水でやや塩基性になっているので, 硫化水素を加えると ZnS( 白 ) が沈殿 7 炭酸で沈殿する金属はアルカリ土類金属である BaCO 3 ( 白 ) が沈殿 そして最後の最後まで運良く生き残ったのは Na + このようにアルカリ金属は沈殿することはない Na + という証拠をつかむためには炎色反応がある Na + は炎色反応で黄色を呈する c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

2 第 1 族の元素 ( 改訂 2.0) H Li Na K Rb Cs Fr ヘンでリッチな K 子さんルビーせしめてフランスへ Li Na K 炎色反応を起こす電気陰性度が非常に低い水と激しく反応し, 水素を発生水に溶けてアルカリ性 アルカリ金属アルカリ金属は非常に反応性が高く, イオン化傾向が高い また, 電気陰性度が低く, 陽 イオンになりやすい 単体は弱く, ハサミでも切れるくらい柔らかい金属である 水と激し く反応し, 水素を発生する また, 空気中のわずかな水分でも反応するため, アルカリ金属 は基本的に石油中で保存する 2Na + 2H 2 O 2NaOH + H 2 2K + 2H 2 O 2KOH + H 2 ナトリウムナトリウムはアルカリ金属の代表格であり, ナトリウム化合物には化学工業上重要なもの が多い まずは言わずと知れた水酸化ナトリウム NaOH がある 水によく溶けて強塩基性 を示すためあらゆる方面で利用される また, 炎色反応は黄色を示す 水酸化ナトリウム 塩化ナトリウム水溶液と水を電気分解す る 陽極槽と陰極槽を陽イオン交換膜という, 特殊な加工が施 されている膜で区切る そして陽極側には塩化ナトリウム水溶 液を, 陰極側には純水を入れる 陽極側塩化ナトリウムの Cl が酸化される 2Cl Cl 2 + 2e Cl 2 は排気口から出るので陽極側に Na + がたまり, それが溶イ オン交換膜を通って陰極側へ移動する 陰極側水が電子を受け取る 2H 2 O + 2e 2OH + H 2 H 2 は排気口から出るので,OH がたまる そして陽イオン交換膜を通過した Na + が陰極槽で OH と出 合い, 水酸化ナトリウムができる アンモニア ソーダ法 炭酸ナトリウム Na 2 CO 3 はガラスや医 薬品の材料として用いられる 工業的に合成する方法をアンモニ ア ソーダ法またはソルベー法という 身近なものをかけ合わせ るのである その身近なものとは, 塩化ナトリウム, アンモニア, 水, 二酸化炭素と簡単に入手できるものばかりである この 4 つ で炭酸水素ナトリウムを作り, それを加熱する方法である NaCl + NH 3 + CO 2 + H 2 O NH 4 Cl + NaHCO 3 2NaHCO 3 Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 炭酸水素ナトリウムを加熱すると炭酸ナトリウム, 水, 二酸化炭素に分解される c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

3 第 2 族の元素 ( 改訂 3.5) Be Mg Ca Sr Ba Ra 弁当マジ辛くてスリッパバラバラ 反応しやすい金属たちアルカリ土類金属 Ca Sr Ba Ra アルカリ金属と比較的似た性質 Be,Mg は少々性質が違う アルカリ金属に準ずる金属 2 族であり, 周期表の下にあるものは第一イオン化エネルギーが小さく, 陽イオンになり やすい Ca,Sr,Ba,Ra をアルカリ土類金属といい, アルカリ金属と性質が似ている 受 験で出てくるのは Ca,Ba が主である 2 族は最外殻電子が 2 個あるので, この 2 つ取れて 2 価の陽イオンになりやすい 少しの水で水素を発生し, 強塩基性の水酸化物になる また, 酸化物も水を吸収して水酸化物になりやすい 次のカルシウムの反応式は書けるようにして もらいたい Ca + 2H 2 O Ca(OH) 2 + H 2 CaO + H 2 O Ca(OH) 2 ベリリウム マグネシウム 2 族の中の元素でも Be と Mg は少々特徴が違うので注意が必要 である まず, アルカリ土類金属である Ca,Sr,Ba は炎色反応を 起こす, 冷水に溶けて水素を発生する, 硫酸塩と炭酸塩は水に溶け にくいという性質が共通しているが,Be と Mg はまるで正反対な ので気をつけてもらいたい CaCO 3, CaSO 4, BaCO 3, BaSO 4, SrCO 3, SrSO 4 はすべて水に溶けにくい白い沈殿であるが,MgCO 3, MgSO 4 などは沈殿しない さらに, Be(OH) 2 や Mg(OH) 2 は水に溶けにくくさらに液性は弱塩基性である イオン結合アルカリ金属とは違い, 化合物は難溶性のものが多い 硫酸カ ルシウム CaSO 4 や炭酸バリウム BaCO 3 などは溶けにくい バリ ウム, カルシウムともに硫酸塩も炭酸塩も非常に溶けにくい ま た, 水溶液である Ba(OH) 2 も溶解度はアルカリ金属の水酸化ナ トリウムなどに比べるとそれほど積極的に溶けない 単体も Na, K,Li などは石油中に保存しないと空気中の水分と反応してしま うが, アルカリ土類金属は比較的安定している Ca は空気中で もほとんど反応しない しかし Ba は石油中保存が必要である 石灰水 ( 水酸化カルシウム水溶液 ) に二酸化炭素を吹き込むと白 く濁るのは有名なことである これは Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 +H 2 O という, 強塩基と弱酸の中和反応によって炭酸カルシウムという難溶性の塩ができるからで ある このように溶液中の炭酸イオンや硫酸イオンを検出するためにアルカリ土類金属を使 うことが多い c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

4 カルシウム カルシウムの和名 慣用名カルシウム化合物には非常に和名や慣用名が多い カルシウム化合物の慣用名には 石灰 のつくものが多い Ca + 2H 2 O Ca(OH) 2 + H 2 Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 +H 2 O CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + H 2 O + CO 2 名称化学式慣用名名称化学式慣用名 酸化カルシウム CaO 生石灰 硫酸カルシウム CaSO 4 2H 2 O セッコウ 水酸化カルシウム Ca(OH) 2 消石灰 硫酸カルシウム CaSO H 2O 焼セッコウ 水溶液 Ca(OH) 2 石灰水 炭化カルシウム CaC 2 カーバイド フッ化カルシウム CaF 2 ホタル石炭酸カルシウム CaCO 3 石灰石 またこの他にさらし粉 CaCl(ClO) H 2 O も覚えておくべきである 相互的な反応以下はよく出題される 1 石灰水に塩素 さらし粉 石灰水の水に塩素が溶解すると HClO と HCl になる それが カルシウム塩を作り,CaCl(ClO) H 2 O さらし粉となる 次亜塩素酸イオン ClO を持つの で酸化力が強い 2 石灰水に二酸化炭素 炭酸カルシウムこの事実は小学校の理科から学んでいる通りなの で周知のことだとは思うが, 化学反応式を必ず覚えておくこと またしつこく二酸化炭素を 加え続けると白い沈殿が溶解し, 炭酸水素カルシウム水溶液になる Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 +H 2 O CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 3 石灰石に塩酸 二酸化炭素これも非常に有名な反応である CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + H 2 O + CO 2 4カーバイドに水 アセチレン有機でも学ぶが, カーバイドは CaC 2 である CaC 2 + 2H 2 O Ca(OH) 2 + C 2 H 2 c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

5 第 14 族の元素 ( 改訂 1.0) C Si Ge Sn Pb タンスの下には現金スズなり C と Si は共有結合結晶ケイ素の誘導体は水ガラスとシリカゲルスズ, 鉛は 2 価のイオンになる両性金属 炭素炭素 C について黒鉛, ダイヤモンド, フラーレンの 3 つの同素体は必ず覚えておきたい 炭素の酸化物は CO と CO 2 がある CO は水に溶けにくく有毒,CO 2 は少し水に溶けて酸 性になる 有機分野と合わせて覚えたいのは次の通り ギ酸を脱水すると一酸化炭素, 酢酸カルシウムを加熱するとア セトンと二酸化炭素が出る HCOOH H 2 O + CO Ca(CH 3 COO) 2 CH3 COCH 3 + CaO + CO 2 黒鉛は 4 個の価電子のうち 3 個が結合に使われて 1 個が余ってい るため, 電気伝導性がある しかしダイヤモンドは 4 個すべてが 結合で使われているので電気伝導性はない フラーレンは分子の ため, 電気伝導性がない ケイ素ガラスや水晶の主成分である二酸化ケイ素 SiO 2 は石英ともよばれる 塩基性のものと一 緒に加熱すると, 溶けてケイ酸ナトリウムができる SiO 2 + Na 2 CO 3 Na 2 SiO 3 + CO 2 ここで生成した Na 2 SiO 3 は水ガラスとよばれる 液性を酸性にすれば, ケイ酸 H 2 SiO 3 がで きる これは乾燥剤として有名なシリカゲルの主成分である また, 二酸化ケイ素を炭素で 還元すると単体のケイ素が得られる このとき, 温度の条件により, 二酸化炭素ではなく, 一酸化炭素が発生することを必ず覚えてもらいたい SiO 2 + 2C Si + 2CO スズと鉛スズ, 鉛は典型元素の金属で両性金属である 2 価の陽イオンにな りやすい 塩基に溶けるときは錯イオンになるが, 亜鉛やアルミニ ウムほどは詳しく聞かれない また, 鉛は硫酸鉛 (II)PbSO 4, 塩化鉛 (II)PbCl 2 はどちらも水に溶けにくい そのため, 鉛は水素よりイオ ン化傾向が高いにもかかわらず, 硫酸や塩酸に溶けにくいのである 硫酸や塩酸の中に入れても表面が硫酸鉛 (II) や塩化鉛 (II) の被膜で 覆われるのである 塩化鉛 (II) は金属イオン分析で重要なのでよく 覚えておきたい 塩化鉛 (II) は水には溶けにくいが, 熱湯には溶け る あと, スズは代表的な還元剤ということを覚えてもらいたい Sn 2+ Sn e c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

6 第 15 族の元素 N P As Sb Bi ニッポンの朝は酢豚とビールで始まる ハーバー ボッシュ法 ( 触媒 Fe 3 O 4 ) でアンモニアオストワルト法 ( 触媒 Pt) で硝酸赤リン無害黄リン危険物リン酸 H 3 PO 4 は中程度の酸 アンモニアアンモニアを作る方法にはハーバー ボッシュ法があり, 四酸化三鉄 Fe 3 O 4 を触媒として 反応させると N 2 + 3H 2 2NH 3 のような反応が起こる アンモニアはもちろん, 水に溶け て NH 3 + H 2 O NH OH と電離するので塩基性である 硝 酸アンモニアを酸化し, 一酸化窒素, 二酸化窒素, 硝酸と反応させていくもので, 4NH 3 + 5O 2 4NO + 6H 2 O 2NO + O 2 2NO 2 3NO 2 + H 2 O 2HNO 3 + NO となる まず, アンモニアと酸素で一酸化窒素ができるが, この式は アンモニアと酸素で 一酸化炭素 と, 文章で覚えておき, 係数の 4,5,4,6 を把握しておけば覚えやすい そ の後, 一酸化窒素を酸化し, 二酸化窒素は水と反応させる この流れをしっかり押さえても らいたい 第三式を見てもらえば分かると思うが, すべての二酸化窒素が硝酸になるわけではない 硝酸になれる窒素は全体の 3 分の 2 であり,3 分の 1 は一酸化窒素に戻る しかし, 実際の 工業では副生成物として出てきた一酸化窒素を再利用して, 硝酸を合成する 一酸化窒素と二酸化窒素一酸化窒素 NO は無色の水に難溶の気体である 二酸化窒素 NO 2 は茶褐色の気体であり, 水に溶ける 希硝酸が酸化剤としてはたらくと一酸化窒素, 濃 硝酸が酸化剤としてはたらくと二酸化窒素が発生する 希硝酸 HNO 3 + 3H + + 3e NO + 2H 2 O 濃硝酸 HNO 3 + H + + e NO 2 + H 2 O リンリンはマッチ棒などに使われている赤リンと, 有毒で爆発しやすい黄リンがある 黄リン P 4 は自然発火するので水の中で保存する アルカリ金属が石油中保存なので, 混同しない ように 赤リンは比較的安定するが, あまり体にいいものではない リンを酸化すると次の ようになる 4P + 5O 2 P 4 O 10 この酸化物である十酸化四リン ( 別名五酸化二リン ) は白い化合物 で, 潮解性をもつ これを水と反応させるとリン酸 H 3 PO 4 になる P 4 O H 2 O 4H 3 PO 4 リン酸は酢酸よりやや強めの酸である リンの水素化合物 PH 3 ( ホ スフィン ) は水に少し溶けてアルカリ性を示す c58-3 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

7 第 16 族の元素 O S Se Te Po 酸 おおすごい西武鉄道のポイントカード 酸素とオゾンは同素体硫化水素 H 2 S は有毒 腐卵臭 還元剤 二酸化硫黄 SO 2 は刺激臭 酸化 還元剤 濃硫酸は酸化 不揮発性 脱水 乾燥 弱酸性 などの性質をもつ 素酸素は水素と並んで非常に重要な元素である 酸素は過酸化水素の分解により発生する 反応式は 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 である オゾンオゾン O 3 は, 特異臭をもつ淡青色の気体である 地上 20km~30km の部分には オゾン濃度の濃いオゾン層があり, 紫外線を吸収している オゾンには酸化力があり, O 3 + 2H + + 2e O 2 + H 2 O のような半反応式が立つ ヨウ化物イオン I を還元し, ヨウ素になるという反応がよく出 てくる ヨウ化カリウムと反応し, デンプンを青紫色に染めるはたらきがある 2KI + O 3 + H 2 O 2KOH + I 2 + O 2 ちなみにレーザープリンタは印刷中に人体に害のない程度だがオゾンを発生させる もし も 特異臭 という怪しいにおいを知りたければ, レーザープリンタの印刷中ににおいを嗅 いでみればよい 硫 黄硫黄は単体, 二酸化硫黄, 硫酸, 硫化水素が頻出であ り, 出題もバラエティに富んでいる 単体 斜方硫黄, 単斜硫黄, ゴム状硫黄がある 斜方 硫黄と単斜硫黄は S 8 の分子となり, 分子結晶を形成す る 斜方硫黄は安定している 二酸化硫黄無色の刺激臭のある気体で, 有毒, 水に溶けて酸性, 酸化力と還元力がある 水に溶けると亜硫酸を作る SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 酸化剤としての半反応式 SO 2 + 4H + + 4e S + 2H 2 O 還元剤としての半反応式 SO 2 + 2H 2 O SO H + + 2e 硫化水素無色で腐卵臭をもつ有毒の気体 水に溶けて酸性を示し, 非常に強力な還元剤 である 2008 年にはこの硫化水素を用いた自殺が流行したくらい有毒である 水に溶けると酸性になる H 2 S H + + HS ( ) 還元剤としての半反応式 H 2 S S + 2H + + 2e ( ) だけでなく, H 2 S 2H + + S 2 もあるが, 非常に電離定数が低いためほとんど S 2 は存在し ない 硫酸 濃硫酸と希硫酸があるが, 性質は結構違う 希硫酸は普通の酸であるが, 濃硫酸は 酸化力, 不揮発性, 弱酸, 乾燥, 脱水などの性質がある 酸化剤としての半反応式 H 2 SO 4 + 2H + + 2e SO 2 + 2H 2 O 不揮発性酸としての塩化ナトリウムとの反応 H 2 SO 4 + NaCl NaHSO 4 + HCl( ) ( ) 濃硫酸は電離度が低いため,H 2 SO 4 H + + HSO 4 に電離している c59-7 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

8 酸 素 酸 最重要な反応式は 2H 2 O 2 O 2 + 2H 2 O 酸素は生命にとって必要な物質だが, オゾンは有毒な青いガス酸素は当然酸化力が強い 素原子番号 8 番, 質量数は 16~18 であり, 単体の酸素 O 2 は多くの生物の呼吸に必要不可 欠な分子で, オゾン O 3 は酸化力の強い分子である 化学で特に断りがなく 酸素 というときは,O 2 のことを指す 酸素の作り方として有名なのは過酸化水素の分解であり, 触媒として酸化マンガン (IV)( 二酸化マンガンともいう ) を加える反応である 以下の反応は必ず覚えてもらいたい 2H 2 O 2 O 2 + 2H 2 O その他, 塩素酸カリウムに酸化マンガン (IV) を加え る方法もある 2KClO 3 3O 2 + 2KCl ちなみに,HClO 3 が塩素酸,HClO 4 は過塩素酸,HClO は次亜塩素酸といい, それぞれオキソ酸である また, 大量の酸素を得るには, その辺の空気を分留する方法がある 世の中には酸素工場 なるものが存在する 大きな通気口から空気を吸い込み, フィルターで不純物を除去して冷 却して液体空気にする 空気中の窒素と酸素は沸点が違うため, 温度を調節すれば窒素と酸 素を分離できる オゾンオゾンは地上より 20km~30km の部分にあるオゾン層に 多く含まれる 紫外線を吸収する性質がある 淡青色をし, 特異臭がある 作り方は空気中で無声放電する方法がある 無声放電というのは, 電圧をかけることと思ってもらいた い 無声放電によって酸素がオゾンになる オゾンの性質酸化力が強い 有名な実験がこれである ヨウ化カリウムデンプン紙という, ヨウ化カリウム KI とデ ンプンを染み込ませて水にぬらした用紙にオゾンを当てる と,KI の I がオゾンで酸化されて I 2 になる I 2 はデンプ ンと混ざると青紫色になるため, 目で見て分かる 2KI + O 3 + H 2 O O 2 + 2KOH + I 2 この反応式は書いて覚えるべきである 忘れてしまった場合, とりあえず オゾンと I が 反応する そしてデンプンを青紫に染めるということはヨウ素 I 2 が出来ている K + は, 何 か陰イオンと結びつくが, これらの材料で思いつく陰イオンは OH くらいしかない と理 解しておけば, 左辺に KI と O 3, 右辺に I 2 や KOH を書くことで反応式を導き出すことが 出来るはず c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

9 接触法 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 の反応は要注意 硫酸 には 2 つの意味がある 1 H 2 SO 4 分子そのもののこと 2 H 2 SO 4 水溶液のこと硝酸も同様 接触法による硫酸製造硫酸を作るには接触法という方法がとられる 触媒は酸化バナジウム (V) である S + O 2 SO 2 2SO 2 + O 2 2SO 2 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 ここで 3 番目の反応がやや曲者である 気体の三酸化硫黄を水に溶かしている反 応であるが, プロセスがやや複雑である まず気体の SO 3 を濃硫酸に吸収させると 粘性が高く何やら怪しげな煙を発する液 体となる これは発煙硫酸とよばれ,SO 3 が煙となっている SO 3 を直接水に反応させるのが早い 気がするかも知れないがこれはやっては いけない SO 3 が硫酸になる反応の反応 熱が大きいため, 水が沸騰してしまい, H 2 SO 4 が外に飛ばされて硫酸ミストが発 生する それで開発されたのが上記の方 法で, 発煙硫酸を希硫酸で希釈する方法 である 危険回避のためにこのようなメンドーなプロセスが必要になる また余談 ( といっ ても大切な話 ) ではあるが, 濃硫酸を希釈する時にここに水を入れてはいけない H 2 SO 4 分 子の水への溶解熱が高いため, 一度に反応する H 2 SO 4 分子のモル数を少なくしなければな らない そのために水に対して濃硫酸を加えるのが正解である これも必ず覚えるように 接触法で硫酸を作る時予め濃硫酸と希硫酸を準備する必要がある 計算問題接触法により硫黄 500mol をすべて反応させた場合,98 % 硫 酸は何 kg できるか有効数字 2 桁で答えよ 解答 ここで 98 % 硫酸 の意味を理解しておくべきで ある ここでいう 硫酸 は H 2 SO 4 のことではなく,H 2 SO 4 水溶液のことである 硫酸を x[kg] とおくと,1000x[g] となる この 98 % が H 2 SO 4 に該当するので 1000x 98 [g] こ 100 れが 500mol に相当するから,500 98[g] よって 1000x 98 = x = 50 50kg 100 図のように線分図を描いて考えると分かりやすいと思う c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

10 第 17 族の元素 ( 改訂 1.0) F Cl Br I At フラれて狂ったばあちゃん私にアタック 価電子 7 個不対電子 1 個水素化合物を水に溶かすと強酸 (HF は除く ) 酸化力が強い フッ素と塩素 17 族の元素はハロゲンとよばれる 電気陰性度が強く, 電子を 奪う力が強い そのためハロゲンの単体分子は酸化剤としてはた らく 酸化力の強さは F 2,Cl 2,Br 2,I 2 と, 原子番号順である フッ素 フッ素は淡黄色の気体であり, 全ての元素の中で電気 陰性度が最強である 電気陰性度の強い酸素ですらフッ素にはか なわない フッ素は水をも酸化する 2F 2 + 2H 2 O 4HF + O 2 水が酸化されて酸素が発生フッ化水素の水溶液フッ化水素酸はガラス ( 二酸化ケイ素 ) を溶か して, ヘキサフルオロケイ酸 H 2 SiF 6 にしてしまう SiO 2 + 6HF H 2 SiF 6 + 2H 2 O 丸々覚えて下さい 塩素黄緑色で刺激臭で毒 水道水の消毒薬としてほんのわず かに入っている フッ素ほどではないが化学反応にはやる気満々である 水に溶かすと, 強力な酸化剤で漂白作用のある次亜塩素酸 HClO を発生する Cl 2 + H 2 O HCl + HClO このとき, 塩素の酸化数は +1 である 塩素はいつでも 1 で はない 酸素の方が電気陰性度が強く, 酸素に電子を奪われる ちなみに, 亜塩素酸 HClO 2, 塩素酸 HClO 3, 過塩素酸 HClO 4 の順に酸性として強くなり, 酸化剤としては弱くなる 塩素を発生させる方法として最もメジャーな方法が二酸化マ ンガン MnO 2 ( 酸化マンガン (IV) とも ) に濃塩酸を加える方法 である 反応式は MnO 2 + 4HCl MnCl 2 + 2H 2 O + Cl 2 二酸化マンガンは触媒として登場することが多いが, この反応では酸化剤としてはたらく 塩素は空気より重くて水には比較的溶けるので下方置換法で捕集する 臭素とヨウ素フッ素, 塩素と比べたら比較的酸化力が弱く, 安定している 臭素 単体の Br 2 は茶色で常温で液体であるレア物 もちろん有毒 である エチレンやアセチレンなどの二重結合や三重結合に付加する それにより茶色が消える ヨウ素黒紫色の固体で少し酸化力をもつ I 2 はデンプンのらせん構 造の中に入りこみ, 鮮やかな青紫色を呈する ヨウ素は昇華性がある 水素化合物である HBr と HI の水溶液はそれぞれ臭化水素酸, ヨウ化水 素酸といい, どちらも強酸である c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

11 第 18 族の元素 He Ne Ar Kr Xe Rn ヘンなネェちゃん歩いてくるよキセルくわえてランランラン 18 族は希ガス元素単原子分子ほとんど化合物をつくらない電気陰性度は弱くイオン化エネルギーは非常に大きい 反応しにくい希ガス第 18 族の 6 つの元素は 1 つの原子で分子として存在する単 原子分子である 最外殻電子はヘリウムが 2 個, その他は 8 個 で非常に安定しているため, 化学反応はほとんど起こさない そのため電子を引きつける度合である電気陰性度はとても弱 く, 電子を奪うために必要なエネルギーである第一イオン化エ ネルギーはとても大きい しかし化学反応はまったくしないわけではない キセノンや ラドンなど, 原子半径の大きいものは最外殻電子が外れやす い つまりイオン化エネルギーも低いので, 酸化されること がある フッ化キセノン (XeF n ) などは作ることができるとわ かっている 原子半径と電子配置安定したイオンの電子配置は希ガス型電子配置となる よ く出題されるのは原子半径, イオン半径の比較である フッ 化物イオン, ネオン, ナトリウムイオンの半径の比較をし てみたい 電子配置はすべて (K(2), L(8)) であるが, 原子 核の引力は +11 であるナトリウムイオンが最も強い その ため電子が中心に引きつけられるから, ナトリウムイオンの半径は小さくなる フッ化物イ オンの半径はその逆で大きくなる よって半径の大小は F > Ne > Na + 分圧と全圧希ガスは基本的に化学反応しにくいので酸素, 水素, メタンなどと混ぜて燃焼させても 反応しない 酸素 1mol, 一酸化炭素 1mol, アルゴン 1mol を密閉容器に入れ, 燃焼して Pa に保ったときのアルゴンの分圧はどうなるだろうか 反応は右の表のようになり, 酸素が 0.50mol, 二酸化炭素が 1.0mol 残る またアルゴンは 1.0mol の状態で残る そうすると反応後は 2.5mol の気体 が残るので, アルゴンの分圧は P Ar = = Pa 2CO + O 2 2CO 2 初期 反応量 反応後 c62-1 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

12 アルミニウムと亜鉛 典型元素の金属 Al 13 族 Zn 12 族イオンは Al 3+,Zn 2+ で無色どちらも両性金属 Al 2 O 3,ZnO,Al(OH) 3,Zn(OH) 2,ZnS これらはすべて白色 両性金属アルミニウム, 亜鉛は共通点が多い まずどちらも両性金属であり, 酸にも塩基にも溶け る 以下は塩酸に溶解する式である Zn + 2HCl ZnCl 2 + H 2 2Al + 6HCl 2AlCl 3 + 3H 2 亜鉛は 2 価, アルミニウムは 3 価なので気をつけてほしい 次に水 酸化ナトリウム水溶液を過剰に加えたらどうなるだろうか 亜鉛も アルミニウムも酸化され, イオンになる 亜鉛やアルミニウムが手 放した電子を受け取るのは Na + でも OH でもなく水である 水の 水素原子が電子を受け取るのである だから水素が発生する また 亜鉛, アルミニウムは錯イオンになる Zn + 2NaOH + 2H 2 O Na 2 [Zn(OH) 4 ] + H 2 2Al + 2NaOH + 6H 2 O 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2 これらの式を丸々覚えるのは少々キツい だから錯イオンの式と 発生する水素の量を覚えておくと便利である つまりテトラヒドロ キソ亜鉛酸イオン [Zn(OH) 4 ] 2 とテトラヒドロキソアルミン酸イオン [Al(OH) 4 ] を覚え て,Zn H 2 と 2Al 3H 2 のように発生する水素の量を覚えておけば反応式を自分で作る こともできる また, 亜鉛はアンモニア水にも溶けることを覚えておきたい 水酸化亜鉛 Zn(OH) 2 にアンモニア水を過剰に加えたら次のように溶ける しかしアルミニウムはアン モニア水では溶けないので気をつけてもらいたい Zn(OH) 2 + 4NH 3 [Zn(NH 3 ) 4 ] OH 化合物アルミニウムの鉱石はボーキサイトとよばれる ボーキ サイトは主として酸化アルミニウム Al 2 O 3 を含む 両性金 属ということを利用して水酸化ナトリウム水溶液などを加 えて溶かす 酸化物も次のようになる Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O 2Na[Al(OH) 4 ] そして不純物をろ過などして除去し加熱すると, 純粋な酸 化アルミニウムができる これをアルミナという また, アルミニウムも亜鉛も化合物はすべて白色である 水酸化アルミニウム Al(OH) 3, 酸化アルミニウム Al 2 O 3, 水酸化亜鉛 Zn(OH) 2, 酸化亜鉛 ZnO, 硫化亜鉛 ZnS すべて白色である そして錯イオンはすべて無色である これを覚え ておけばラクである しかし硫化亜鉛 ZnS は酸性溶液中では生成しない 詳しくは 硫化 物沈殿 の項で取り扱う c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

13 気体の発生 基本的に水上置換法 CO,NO,H 2,O 2,N 2 水に溶けやすいものは分子量 ( 空気 28.8) で下方置換か上方置換かを判断とにかく反応式をたくさん覚えること 酸化還元反応鉄, アルミニウム, 亜鉛などイオン化傾向の高い金属に塩酸や希 硫酸を加えると水素が発生する 鉄, 亜鉛は 2 価, アルミニウムは 3 価のイオンになることを覚えてもらいたい 鉄は 3 価のイオンに もなるが, 水素が発生するときは 2 価である Zn + 2HCl ZnCl 2 + H 2 Zn + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 Fe + 2HCl FeCl 2 + H 2 Fe + H 2 SO 4 FeSO 4 + H 2 2Al + 6HCl 2AlCl 3 + 3H 2 2Al + 3H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 その次に, 銅や銀に酸化力のある酸, つまり希硝酸や濃硝酸, 熱 濃硫酸を加える場合をしっかり覚えてほしい 発生する気体は金属 によって決まるのではなく, 液体によって決まる 希硝酸 加熱不要 HNO 3 + 3H + + 3e NO + 2H 2 O 一酸化窒素が発生する 銅と希硝酸の反応は覚えるべき 3Cu + 8HNO 3 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O 濃硝酸 加熱不要 HNO 3 + H + + e NO 2 + H 2 O 半反応式の通り, 二酸化窒素が発生する 銅との反応は次のよう になる 希硝酸と合わせて覚えておきたいものである Cu + 4HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O 熱濃硫酸 要加熱 H 2 SO 4 + 2H + + 2e SO 2 + 2H 2 O 二酸化硫黄が発生する 銅との反応は次のようになる また, 濃 硫酸を酸化剤として用いる時, 加熱が必要である Cu + 2H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O 弱酸遊離 弱塩基遊離金属単体に薬品を加えるのは酸化還元反応を利用しているが, その他としては中和反応や 弱酸遊離反応を利用しているものもある 硫化水素 アンモニア 二酸化硫黄 硫化鉄 (II) に希塩酸や希硫酸を加えて発生させる FeS + 2HCl FeCl 2 + H 2 S( 下方置換 ) 塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混合して加熱 2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 CaCl 2 + 2H 2 O + 2NH 3 ( 上方置換 ) 濃硫酸を使わずに発生させる方法もある 亜硫酸ナトリウムを弱酸遊離させ る 亜硫酸というのは硫酸から酸素を 1 個減らしたもので,2 価の弱酸である Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O( 下方置換 ) 亜硫酸 H 2 SO 3 は不安定な分子であり, すぐに二酸化硫黄と水になる c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

14 鉄 ( 改訂 1.0) Fe 2+ Fe 3+ 淡緑 黄 Fe(OH) 2 Fe(OH) 3 緑白色 赤褐色 FeO Fe 2 O 3 黒 赤褐色 鉄関連のイオン 化合物は様々な色酸に溶けて水素を発生アルカリにはとけない中性 アルカリ性で FeS( 黒 ) の沈殿濃硝酸 濃硫酸で不動態 様々に変化する色鉄は身の回りに多く存在するが, 純粋な鉄は少ない 鉄イオンや鉄の化合物には様々な色 がある 無機の決め手となる まず Fe 2+ ( 淡緑 ) と,Fe 3+ ( 黄 ) は何よりも先に覚えてもら いたい 資料集などを毎日のように眺めて脳裏に焼き付けてほしい 塩基を加える 鉄は塩基には多少に関わらず溶けない 水酸化 物が沈殿するだけである 鉄イオンを覚えた後は水酸化物の色を 覚えてもらいたい 水酸化鉄 (II) と水酸化鉄 (III) は色が違う 硫化水素を加える Fe 2+ ( 淡緑 ) + 2OH Fe(OH) 2 ( 緑白色 ) Fe 3+ ( 黄 ) + 3OH Fe(OH) 3 ( 赤褐色 ) 酸性では沈殿しないが中性, アルカリ性で 沈殿する Fe 2+ は FeS( 黒 ) になる Fe 3+ も硫化水素の還元力によ り Fe 2+ になり,FeS をつくる Fe 2 S 3 などは考えないように 酸化物酸化鉄にも種類が多い 水酸化鉄を加熱しても水が抜けて酸化物が生成する ま ず, 酸化鉄 (II) は FeO となる これは黒色である 酸化鉄 (III) は Fe 2 O 3 であり, 赤褐色と なる また, 鉄鉱石には Fe 2 O 3 の赤鉄鉱と Fe 3 O 4 の磁鉄鉱がある 磁鉄鉱の酸化数を求め ようとすると分数になるが, これは Fe 2+ (Fe 3+ ) 2 O 4 のように,2 価と 3 価の鉄が共存するの である ヘキサシアノ鉄 (II) (III) 酸イオン鉄 (II) イオンと鉄 (III) イオンは色でも十分に判別できるが, ヘ キサシアノ鉄酸イオンという錯イオンでも検出できる CN が 6 つ と Fe 2+ または Fe 3+ が結合したものでヘキサシアノ鉄 (II) 酸カリウ ム K 4 [Fe(CN) 6 ] とヘキサシアノ鉄 (III) 酸カリウム K 3 [Fe(CN) 6 ] が ある Fe 2+ にヘキサシアノ鉄 (III) 酸イオンで濃青色沈殿,Fe 3+ にヘキサシアノ鉄 (II) 酸イオンで濃青色沈殿をつくる つまり,Fe 2+ と (III), Fe 3+ と (II) で濃青色沈殿をつくる 要するに 2 と 3,3 と 2 である ちなみに沈 殿は Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2,Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 である 酸化数とカリウムの数が違っているので注意 したい また,Fe 3+ だけであるが, チオシアン酸カリウム水溶液 (KSCN) を加えると, 赤血色水 溶液となる 必ず覚えてほしい c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

15 銅 銅はイオン化傾向が低い Cu 2+ ( 青 ) Cu(OH) 2 ( 青白 ) CuO( 黒 ) Cu 2 O( 赤褐色 ) CuS( 黒 ) [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ テトラアンミン銅 (II) イオン ( 深 青色 ) 炎色反応を起こす ( 青緑色 ) 酸化されにくい金属単体銅はイオン化傾向が水素よりも低く水素を還元できないた め, 希酸には溶けない すなわち Cu + 2HCl CuCl 2 + H 2 な どとはしないでほしい 溶かすためには硝酸や濃硫酸などの酸化力の強い酸が必要である 銅は還元剤となり,Cu Cu e のような半反応式となる またこのとき, 水素は発生しない 濃硝酸との反応 Cu + 4HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O 熱濃硫酸との反応 Cu + 2H 2 SO 4 CuSO 4 + 2H 2 O + SO 2 銅イオンや銅の化合物銅の電気陰性度は他の非金属元素と比べ, それほど大きくは 変わらない そのため共有結合性が強くなり, 水に溶けにくい ものが多い, まず塩化銅水溶液などに塩基性の水溶液を加える と, 水酸化銅 (II) の青白色沈殿が生じる ここにアンモニア水 を多く加えると溶けて錯イオンであるテトラアンミン銅 (II) イ オン [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ を生じる この水溶液はシュバイツァー試薬ともよばれ, 深青色となる 反応は次のとおり Cu(OH) 2 + 4NH 3 [Cu(NH 3 ) 4 ] OH 硫化水素 銅イオンも硫化水素によって硫化物沈殿をつくる 沈殿 物は硫化銅 (II) CuS であり, 黒色である 硫酸銅銅イオンの水溶液でメジャーなのは硫酸銅 (II) 水溶液である また, これを結晶にすると硫酸銅 (II) 五水和物結晶 CuSO 4 5H 2 O となる これは美しく青い結晶である これを加熱すると結晶水が抜 けて硫酸銅 (II) になる 結晶水を持たない硫酸銅 (II) は無色の粉末で ある 酸化水酸化銅 (II) は加熱することで酸化物となり, 黒色となる CuO は黒色であるが,1000 以上で強熱すると酸化銅 (I)Cu 2 O とな り, 赤褐色になる 酸化銅 (II) が CuO, 酸化銅 (I) が Cu 2 O と若干紛 らわしいので注意したい 銅の合金銅は合金にも用いられる 黄銅 Cu-Zn( 金管楽器など ), 白銅 Cu- Ni(100 円玉など ), 緑銅 Cu-Sn( 銅像など ) は結構出題されている c72-2 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

16 銀 ( 改訂 2.0) イオン化傾向の低い金属 Ag + と [Ag(NH 3 ) 2 ] + は無色 AgCl( 白 ) AgBr( 淡黄色 ) AgI( 黄 ) Ag 2 S( 黒 ) Ag 2 CrO 4 ( 暗赤色 ) Ag 2 O( 暗褐色 ) 銀は濃アンモニア水に溶ける 単体銀と銀イオン銀 Ag や銅 Cu などのイオン化傾向が低い金属は希酸では酸化 できない 金属が水素イオンを還元できないからである 酸化す るには硝酸や熱濃硫酸などの酸化力のある酸が必要であり, 気体 水素は発生しないので気をつけてもらいたい 2Ag + 2H 2 SO 4 Ag 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O Ag + 2HNO 3 AgNO 3 + NO 2 + H 2 O 銀の単体は銀白色をしており, 硝酸や熱濃硫酸などで銀 (I) イオンを作る 銀イオンに塩基性の水溶液を加えると, 水酸化銀 (I) ではなく, 酸化銀 (I)Ag 2 O という暗褐色の沈殿が生成する 2Ag + + 2OH Ag 2 O + H 2 O この後, 水酸化ナトリウム水溶液をどれだけ加えても沈殿が溶けることはないが, アンモニア水を多量に加えると沈殿が溶解し,[Ag(NH 3 ) 2 ] + で表される錯イオンのジアンミン銀 (I) イオンが生成する また,Ag + に硫化水素を加えると,Ag 2 S の黒色沈殿を生じる 2Ag + + S 2 Ag 2 S Ag 2 O + 2NH 3 + H 2 O [Ag(NH 3 ) 2 ] + + 2OH またクロム酸カリウム水溶液などを加え, 銀 (I) イオンとクロム酸イオンと結びつくと暗 赤色 ( 赤褐色 ) のクロム酸銀 (I)Ag 2 CrO 4 の沈殿を生じる ハロゲン化銀ハロゲンイオンと銀は結びつきやすく,AgCl( 白 ),AgBr( 淡黄色 ),AgI( 黄 ) はすべて水に溶けずに沈殿する フッ化銀 (I)AgF はフッ素の電気陰性度が非常に高くてイオン結合性が強く, 水に 溶ける 硝酸銀 (I) 水溶液に塩化ナトリウム水溶液や塩酸などを 加えると白濁する これは AgCl の沈殿である その他ハロゲン化銀には感光性がある 代表的なのは塩化銀 (I) と臭化銀 (I) であり, 光を当てると次のような分解反応が起こる 2AgCl 2Ag + Cl 2 また AgCl は濃アンモニア水にも溶けて錯イオンになるが, 反応式は次の通り AgCl + 2NH 3 [Ag(NH 3 ) 2 ] + + Cl 基本的にハロゲン化銀の性質は次の通りなのでしっかりと覚えておきたい ヨウ化銀 (I) は アンモニア水にも溶けないので確実に覚えておくべきである AgF AgCl AgBr AgI 濃アンモニア水に溶けるか 水に溶けるか c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

17 クロム あらゆる色に変化するバラエティに富んだクロム Cr 3+ 緑 CrO 4 2 黄色 Cr 2 O 7 2 赤橙色正確に覚えることが大切硫酸酸性の二クロム酸カリウムは酸化剤 水溶液の色クロム, 鉄の難しいところは色が変わることである 予想外の色になることもあるので必 ず覚えておいてもらいたい クロム単体は普通の金属で銀白色である 水溶液中でのクロム のイオンはクロム (III) イオンであり,Cr 3+ これは緑色である 次に CrO 4 2 のクロム酸 イオンは黄色であるが, 酸性にすると次のように二クロム酸イオンを生じる どちらもクロ ムの酸化数は 6 である Cr 3+ 緑色 2 CrO 4 黄色 2 Cr 2 O 7 赤橙色 2CrO H + Cr 2 O H 2 O 沈殿の色クロム酸イオンも他の金属イオンと結合して沈殿することが多 い よく出るものとしてはクロム酸銀 Ag 2 CrO 4 ( 暗赤色 ) とクロ ム酸バリウム BaCrO 4 ( 黄 ), クロム酸鉛 PbCrO 4 ( 黄 ) がある ク ロム酸銀の暗赤色は赤褐色でもよいが, やや不気味な色である Ag 2 CrO 4 暗赤色 BaCrO 4,PbCrO 4 黄色 例えば鉛 (II) イオン, バリウムイオン, 銀 (I) イオンのいずれ かを含む水溶液にクロム酸イオンを加えて沈殿が生じた場合, 暗赤色なら銀と確定できる また黄色になったらバリウムか鉛に絞り込むことができる 酸化剤硫酸酸性の二クロム酸カリウム水溶液は酸化剤としてはたらく 半反応式は Cr 2 O H + + 6e 2Cr H 2 O のようになる 滴定の終了はすべての二クロム酸イオンがクロム (III) イオンになったときであり, 溶液のオレンジ色が消えて緑色 がかったときである また, マンガン Mn も覚えておきたい 過マンガン酸イオン MnO 4 は酸性中では酸化剤となり, MnO 4 + 8H + + 5e Mn H 2 O のような半反応式となる Mn 2+ はわずかに淡桃色を示す また MnO 4 は紫色を示す 酸 化還元滴定の終点は色が消えなくなったときである もともと過マンガン酸イオンは紫色を しており, 酸化剤としてはたらく, 還元されると Mn 2+ になる これはほぼ無色に近いので 色が消えたように見える しかし還元されなくなると, その色のまま残るからである c49-3 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

18 両性金属 Al Zn Sn Pb ああ, すんなり ( 両性金属 ) 一般に, 金属に塩基を加えると水酸化物が沈殿するしかし過剰に加えると溶けるものがある 両性金属 塩基に溶ける金属無機分野の最頻出問題として, 金属イオンの分析がある が, その中でアンモニア水や水酸化ナトリウム水溶液を加 えるものが出てくる イオン化傾向が Al 以下のものは少量 の塩基で水酸化物が沈殿する ただ,Ag + は例外的に 2Ag + + 2OH Ag 2 O + H 2 O のように酸化銀ができる その水酸化物, または酸化物に対し, さらに塩基を加え ると錯イオンを作って溶ける たとえば Al であれば Al(OH) 3 + OH [Al(OH) 4 ] のようになる 過剰の強塩基により, 錯イオンを作って溶 ける金属元素を覚えておくべきである Al,Zn,Sn,Pb の 4 つであるが, 有名な語呂合せ として 嗚呼 ( ああ ), すんなり ( 両性に愛される ) というものがある アンモニアに溶ける金属銅イオンを含む水溶液にアンモニアを少し加えると Cu OH Cu(OH) 2 のよう に, 水酸化物が沈殿するが, 多量に加えると Cu(OH) 2 + 4NH 3 [Cu(NH 3 ) 4 ] OH のように錯イオンを作って溶けるものがある アンモニアで溶けるものはこの 3 つを覚えた い Ag,Cu,Zn で, 銀メダルと銅メダルの和え物 ( あえもの ) は, あんまりという語呂で 覚えられたら覚えたい 下の表にまとめておく Al 3+ Zn 2+ Fe 2+ Fe 3+ 少量の塩基 Al(OH) 3 Zn(OH) 2 Fe(OH) 2 Fe(OH) 3 過剰の NaOH [Al(OH) 4 ] [Zn(OH) 4 ] 2 Fe(OH) 2 Fe(OH) 3 過剰アンモニア Al(OH) 3 [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ Fe(OH) 2 Fe(OH) 3 Pb 2+ Cu 2+ Ag + 少量の塩基 Pb(OH) 2 Cu(OH) 2 Ag 2 O 過剰の NaOH [Pb(OH) 4 ] 2 Cu(OH) 2 Ag 2 O 過剰アンモニア Pb(OH) 2 [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ [Ag(NH 3 ) 2 ] + Fe(OH) 2 淡緑色 Fe(OH) 3 赤褐色 [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ 深青色 水溶液 Cu(OH) 2 青白色 Ag 2 O 暗褐色 c50-3 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

19 硫化物沈殿 ( 改訂 1.0) 硫化水素と金属イオンの結合で酸性でも沈殿するものは Ag 2 S PbS CuS( 黒 ) CdS( 黄 ) 中性, アルカリ性で沈殿するものは FeS( 黒 ) ZnS( 白 ) MnS( 桃 ) 硫化水素で沈殿するもの硫化水素は腐乱臭というとんでもない臭いを発する無色の気体で, 水溶液中では H +,HS,S 2 のイオンに電離し, 一部の金属イオン とイオン結合をし, 沈殿を作る 入試でよく問われるものとして次の ものをがある Ag Pb Cu 黒色沈殿 Cd 黄色沈殿 ゲンナマはどうも黒いが角は黄色 これらは酸性, 中性, アルカリ性のいずれでも沈殿する Ag + は Ag 2 S に,Pb 2+ は PbS に,Cu 2+ は CuS に,Cd 2+ は CdS になる これら はすべて沈殿する しかし Fe や Zn は酸性の状態では沈殿しない こ れも合わせて覚えてもらいたい ちなみに中性, アルカリ性のみで沈 殿するものは FeS( 黒 ) や ZnS( 白 ),MnS( 桃 ) の 3 つを必ず覚えておき たい まずはこの 7 個を覚えておき, あとは少しずつ覚えればよい たとえば Fe 2+,Cu 2+,Ag + に塩酸を加え, 沈殿を除去したのち硫化水素を加えたとす る まず塩酸を加えると AgCl が沈殿するので, ろ液には Fe 2+ と Cu 2+ のみが残ることになる 次にその状況では塩酸により溶液が酸性になっているので, 硫化水素を加えても FeS は沈殿しない よって CuS が沈殿し,Fe 2+ は溶液中に残ることになる 沈殿の理由ここからは少々化学 II の範囲を含むため,I のみの人や, センターのみの人は読み飛ばし てもらってかまわない まず硫化水素であるが,H 2 S H + + HS,HS H + + S 2 のように電離する また金属イオン M 2+ と硫化物イオン S 2 の 溶解度積を K とすると, K sp [mol 2 /l 2 ] = [M 2+ ][S 2 ] = 一定値 となる 酸性のときは平衡の移動により [S 2 ] が下がるので沈殿 しにくい Ag 2 S,PbS,CuS,CdS などは溶解度積が小さいので, 少量の S 2 で沈殿する ところが FeS や ZnS などは溶解度積が 大きく, 酸性では溶けてしまい沈殿しない 逆に考えると, 硫化 鉄, 硫化亜鉛などは塩酸などの強酸に弱酸遊離反応のしくみで溶けて硫化水素を発生するこ とも分かる 入試問題で溶解度積が出る場合, 硫化物沈殿が題材に扱われることが多い 講 義ノートの溶解度積で硫化鉄を扱っているのでそちらも参照されたい c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学

20 弱酸遊離 ( 改訂 1.0) 弱酸由来の陰イオンが塩のとき強酸に追い出される石灰石に塩酸を加えて二酸化炭素を発生させる反応もこの原理 CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + H 2 O + CO 2 結局は中和反応のようなもの炭酸塩やリン酸塩に対し, それらよりも強力な酸を加えると, そのイオンは反応する 習慣上, 弱酸追い出し反応や弱酸遊離な どという 小学校のときから親しんでいる石灰石と塩酸の反応も これである 石灰石の主成分である炭酸カルシウムは弱酸である 炭酸イオンがカルシウムイオンと結びついたものである ここに 塩酸を加えると,HCl と CaCO 3 の陰イオンが入れ替わるものと 思ってもらえばいい この他, 硫化鉄 FeS に硫酸を加えて硫化水 素を発生させるものもそうである FeS は硫化水素 H 2 S と鉄 (II) イオンとでできた塩である ここに強酸である硫酸 H 2 SO 4 を加えると, 硫酸イオンが硫化物イオン S 2 を追い出す FeS + H 2 SO 4 FeSO 4 + H 2 S また数は少ないが, 弱塩基遊離反応もある アンモニアの発生であるが, 塩化アンモニウ ムと水酸化カルシウムを反応させることである 2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 CaCl 2 + 2H 2 O + 2NH 3 これは弱塩基のアンモニアが塩となっている塩化アンモニウムの NH 4 + を強塩基である水 酸化カルシウムが追い出す反応である このように, 弱酸, 弱塩基遊離によって遊離された酸や塩基は気体となって外へ出たり, 水溶液中に残ったりするのは, 塩の座を奪われるというイメージである 応用炭酸イオン, 硫酸イオン, 硝酸イオンをいずれか含む A,B, C の水溶液の中で炭酸を探す方法として, 弱酸遊離を応用でき る まず, 水酸化バリウム ( または水酸化カルシウム ) 水溶液を 加えてみる すると,B,C が白い沈殿を作った その次に A~ C に塩酸を加えたら B からのみ気体が発生した 水酸化バリウムで沈殿するということは,Ba と難溶性の塩を 作ったといえる B と C が炭酸バリウム BaCO 3, 硫酸バリウム BaSO 4 のいずれかということが分かる 塩酸を加えると, 弱酸 の塩である炭酸は追い出されて二酸化炭素を発生する BaCO 3 + 2HCl BaCl 2 + H 2 O + CO 2 となるので, 気体の発生した B が炭酸イオンをもつと分かる ちなみに C は硫酸イオンであり,A は消去法により硝酸イオンと分かる c 新快速のページ講義ノートシリーズ化学