高校化学 無機化学まとめ

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高校化学で扱われる気体の発生、沈殿反応、イオン・化合物の色などについてまとめた。

気体

乾燥剤欄の×は、その気体と乾燥剤が反応してしまうことを示す。

気体の製法と性質

気体	化学反応式	反応様式	性質	乾燥剤					捕集法
				酸性		中性	塩基性
				十酸化四燐	濃硝酸	塩化カルシウム	酸化カルシウム	ソーダ石灰
水素	${\ce {Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2 ^}}$（稀硫酸）	酸化還元反応	中性	○	○	○	○	○	水上置換
酸素	${\ce {2H2O2 ->[(MnO2)] 2H2O + O2 ^}}$ ${\ce {2KClO3 ->[\Delta (MnO2)] 2KCl + 3O2 ^}}$	酸化還元反応	中性	○	○	○	○	○	水上置換
オゾン	${\ce {3O2 -> 2O3}}$	無声放電/光化学反応	中性	○	○	○	○	○	-
窒素	${\ce {NH4NO2 ->[\Delta] 2H2O + N2 ^}}$	熱分解反応	中性	○	○	○	○	○	水上置換
塩素	${\ce {MnO2 + 4HCl ->[\Delta] MnCl2 + 2H2O + Cl2 ^}}$ ${\ce {Ca(ClO)2.2H2O + 4HCl-> CaCl2 + 4H2O + 2Cl2 ^}}$	酸化還元反応	酸性	○	○	○	×	×	下方置換
塩化水素	${\ce {NaCl + H2SO4 -> NaHSO4 + HCl ^}}$（濃硫酸）	不揮発性酸による揮発性酸の遊離反応	酸性	○	○	○	×	×	下方置換
フッ化水素	${\ce {CaF2 + H2SO4 -> CaSO4 + 2HF ^}}$（濃硫酸）	酸化還元反応	酸性	○	○	○	×	×	下方置換
硫化水素	${\ce {FeS + H2SO4 -> FeSO4 + H2S ^}}$（稀硫酸） ${\ce {FeS + 2HCl -> FeCl2 + H2S ^}}$（稀塩酸）	弱酸遊離反応	酸性	○	× ※1	○	×	×	下方置換
アンモニア	${\ce {2NH4Cl + Ca(OH)2 ->[\Delta] CaCl2 + 2H2O + 2NH3 ^}}$ ${\ce {(NH4)2SO4 + 2NaOH ->[\Delta] Na2SO4 + 2H2O + 2NH3 ^}}$	弱塩基遊離反応	塩基性	×	×	× ※2	○	○	上方置換
二酸化硫黄	${\ce {Cu + 2H2SO4 ->[\Delta] CuSO4 + 2H2O + SO2 ^}}$（熱濃硫酸）	酸化還元反応	酸性	○	○	○	×	×	下方置換
	${\ce {NaHSO3 + H2SO4 -> NaHSO4 + H2O + SO2 ^}}$（稀硫酸） ${\ce {2NaHSO3 + H2SO4 -> Na2SO4 + 2H2O + 2SO2 ^}}$（稀硫酸）	弱酸遊離反応
一酸化窒素	${\ce {3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO ^}}$（稀硝酸）	酸化還元反応	中性	○	○	○	○	○	水上置換
二酸化窒素	${\ce {Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 ^}}$（濃硝酸）	酸化還元反応	酸性	○	○	○	×	×	下方置換
一酸化炭素	${\ce {R + nO2 -> x H2O + y CO2 + z CO ^}}$※3	不完全燃焼	中性	○	○	○	○	○	水上置換
	${\ce {HCOOH ->[\Delta] H2O + CO ^}}$	脱水反応
	${\ce {CO2 + C ->[\Delta] 2CO}}$ ${\ce {C + H2O ->[\Delta] H2 + CO ^}}$	酸化還元反応
二酸化炭素	${\ce {CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + H2O + CO2 ^}}$	弱酸遊離反応	酸性	○	○	○	×	×	下方置換
	${\ce {2NaHCO3 ->[\Delta] Na2CO3 + H2O + CO2}}$	熱分解反応

※1：濃硫酸は硫化水素と酸化還元反応を起こして単体の硫黄を生成する。

${\ce {H2SO4 + H2S -> S + SO2 + 2H2O}}$

※2：アンモニアは塩化カルシウムと付加反応を起こして塩化カルシウム八アンモニア付加物を生成する。

${\ce {8NH3 + CaCl2 -> CaCl2.8(NH3)}}$

※3：Rは有機化合物を表す。ここでは、炭素の単体も含む。

沈殿

• 硝酸イオン ${\ce {NO3^-}}$

沈殿しにくい

• 塩化物イオン ${\ce {Cl-}}$

${\ce {Ag^+,Pb^2+,Hg2^2+}}$と沈殿をつくる。${\ce {AgCl}}$ は光で分解、${\ce {PbCl2}}$ は熱湯に溶ける。

• 硫酸イオン ${\ce {SO4^2-}}$

${\ce {Ba^2+,Ca^2+,Sr^2+,Pb^2+}}$と沈殿をつくる。馬(Ba)鹿(Ca)にする(Sr)な(Pb)硫酸。

• 炭酸イオン ${\ce {CO3^2-}}$

アルカリ金属、${\ce {NH4^+}}$以外と沈殿をつくる。

• クロム酸イオン ${\ce {CrO4^2-}}$

${\ce {Ba^2+,Pb^2+,Ag^+}}$と沈殿をつくる。バ(Ba)ナ(Pb)ナを銀(Ag)貨(褐)で買ったら苦労(CrO4)した。Ba,Pbの沈殿はバナナと同じ黄色。Agは赤褐色。

• 水酸化物イオン ${\ce {OH^-}}$

イオン化傾向で ${\ce {Li^+}}$ ~ ${\ce {Na^+}}$ 沈殿しにくい、${\ce {Mg^2+}}$ ~ ${\ce {Cu^2+}}$ + ${\ce {Mn^2+}}$ 水酸化物が沈殿、${\ce {Hg^2+,Ag^+}}$ 水酸化物が分解し酸化物が沈殿。水酸化物は加熱すると酸化物が生成する。${\ce {Na^+}}$までは${\ce {NaOH}}$水溶液が沈殿を作りにくいことから連想できる。${\ce {Hg^2+,Ag^+}}$は個別に覚え、その間のイオン化傾向の金属イオンは沈殿すると覚える。

• 硫化物イオン ${\ce {S^2-}}$

イオン化傾向で ${\ce {Li^+}}$ ~ ${\ce {Al^3+}}$ 沈殿しにくい、${\ce {Mn^2+}}$ + ${\ce {Zn^2+}}$ ~ ${\ce {Ni^2+}}$ 中・塩基性で沈殿、${\ce {Cd^2+}}$ + ${\ce {Sn^2+}}$ ~ ${\ce {Ag^+}}$ 沈殿する。あら(Al)ま(Mn)、あ(Zn)に(Ni)、たか(Cd)す(Sn)ぎ(Ag)！

錯イオン

水酸化ナトリウムの水溶液を過剰に加え、沈殿が錯イオンを形成し溶解するもの。両性金属 + ${\ce {Cr^3+}}$。

${\ce {Al(OH)3 ->[NaOH] [Al(OH)4]^-}}$

${\ce {Zn(OH)2 ->[NaOH] [Zn(OH)4]^2-}}$

${\ce {Sn(OH)2 ->[NaOH] [Zn(OH)4]^2-}}$

${\ce {Pb(OH)2 ->[NaOH] [Pb(OH)4]^2-}}$

${\ce {Cr(OH)3 ->[NaOH] [Cr(OH)4]^-}}$

アンモニアの水溶液を過剰に加え、沈殿が錯イオンを形成し溶解するもの。${\ce {Cu^2+,Cd^2+,Ag^+,Ni^2+,Zn^2+}}$。どう(Cu)か(Cd)銀(Ag)に(Ni)会えん(Zn)か。

${\ce {Cu(OH)2 ->[NH3] [Cu(NH3)4]^2+}}$

${\ce {Ag2O ->[NH3] [Ag(NH3)2]^+}}$

${\ce {Ni(OH)2 ->[NH3] [Ni(NH3)6]^2+}}$

${\ce {Zn(OH)2 ->[NH3] [Zn(NH3)4]^2+}}$

${\ce {Cd(OH)2 ->[NH3] [Cd(NH3)4]^2+}}$

これらの錯イオンは、ジアンミン銀(I)イオン、ヘキサアンミンニッケル(II)イオンを除いて配位数4である。

${\ce {Fe^2+}}$ または ${\ce {Fe^3+}}$ を含む水溶液に、ヘキサシアニド鉄(II)酸カリウム ${\ce {K4[Fe(CN)6]}}$ 水溶液、ヘキサシアニド鉄(III)酸カリウム ${\ce {K3[Fe(CN)6]}}$ 水溶液、チアシオン酸カリウム ${\ce {KSCN}}$ 水溶液を加える。

	${\ce {Fe^2+}}$	${\ce {Fe^3+}}$
${\ce {K4[Fe(CN)6]}}$	青白色沈殿	濃青色沈殿
${\ce {K3[Fe(CN)6]}}$	濃青色沈殿	褐色溶液
${\ce {KSCN}}$	変化なし	血赤色溶液

この内、青白色沈殿と褐色溶液になるものについては問われにくい。

金属イオンの分離

金属イオンの沈殿を利用して、水溶液中の金属イオンを次の1から6の群に分離することが出来る。

1. ${\ce {Cl-}}$ によって沈殿するもの。 ${\ce {Ag+,Pb2+,Hg2^2+}}$
2. 強酸性条件下で ${\ce {S^2-}}$ と沈殿するもの。${\ce {Cu^2+,Cd^2+,Sn^2+}}$
3. 塩基性条件下で ${\ce {OH-}}$ と沈殿するもの。${\ce {Fe^3+,Al^3+,Cr^3+}}$
4. 中・塩基性で ${\ce {S^2-}}$ と沈殿するもの。${\ce {Zn^2+,Mn^2+,Ni^2+}}$
5. ${\ce {CO3^2-}}$ と沈殿するもの。${\ce {Ca^2+,Ba^2+,Sr^2+}}$
6. 1から5までで沈殿しないもの。${\ce {Na+,K+}}$ など

「HCl 塩基性」の部分は「HCl 酸性」と読み替えること

色

高校化学で扱われる化合物の色について扱う。

塩化物、硫酸塩、炭酸塩はすべて白。

水溶液中のイオン

${\ce {Fe^2+}}$：淡緑　　${\ce {Fe^3+}}$：黄褐　　${\ce {Cu^2+}}$：青　　${\ce {Ni^2+}}$：緑　　${\ce {Cr^3+}}$：緑　　${\ce {Mn^2+}}$：淡桃　　${\ce {MnO4^-}}$：赤紫　　${\ce {CrO4^2-}}$：黄　　${\ce {Cr2O7^2-}}$：赤橙　　${\ce {[Cu(NH3)4]^2+}}$：深青　　${\ce {[Cr(OH)4]^-}}$：濃緑　　${\ce {[Ni(NH3)6]^2+}}$：青紫

Cr2O72-

${\ce {CrO4^2-}}$

${\ce {Cu^2+}}$

${\ce {Fe^2+}}$

酸化物

${\ce {CuO}}$：黒　　${\ce {Cu2O}}$：赤　　${\ce {Fe2O3}}$：赤褐　　${\ce {Fe3O4}}$：黒　　${\ce {FeO}}$：黒　　${\ce {Al2O3}}$：白　　${\ce {Ag2O}}$：褐色　　${\ce {ZnO}}$：白　　${\ce {MnO2}}$：黒　　${\ce {HgO}}$：黄

${\ce {CuO}}$

${\ce {Cu2O}}$

${\ce {Fe2O3}}$

${\ce {Fe3O4}}$

${\ce {FeO}}$

${\ce {Al2O3}}$

${\ce {ZnO}}$

${\ce {MnO4}}$

${\ce {HgO}}$

水酸化物

${\ce {Fe(OH)2}}$：緑白　　${\ce {Fe(OH)3}}$：赤褐　　${\ce {Cu(OH)2}}$：青白　　${\ce {Cr(OH)3}}$：灰緑　　${\ce {Ni(OH)2}}$：緑　　その他：白

${\ce {Fe(OH)3}}$

${\ce {Cu(OH)2}}$

クロム酸塩

${\ce {BaCrO4}}$：黄　　${\ce {PbCrO4}}$：黄　　${\ce {Ag2CrO4}}$：赤褐

硫化物

${\ce {ZnS}}$ ：白　　${\ce {CdS}}$：黄　　${\ce {MnS}}$：淡赤　　${\ce {SnS}}$：褐　　その他：黒

${\ce {ZnS}}$

${\ce {CdS}}$

${\ce {MnS}}$

炎色反応

リ(Li)アカ(赤)ーな(Na)き(黄)K(K)村(紫)動(Cu)力(緑)借る(Ca)とう(橙)する(Sr)もくれない(紅)馬(Ba)力(緑)

Li（赤）,Na（黄）,K（紫）,Cu（緑）,Ca（橙）,Sr（紅）,Ba（黄緑）

• 
  ガスバーナーの色
• 
  リチウム
• 
  ナトリウム
• 
  カリウム
• 
  カルシウム
• 
  ストロンチウム
• 
  銅
• 
  バリウム

気体

• ${\ce {Cl2}}$ 黄緑
• ${\ce {NO2}}$ 赤褐
• ${\ce {O3}}$ 淡青
• ${\ce {F2}}$ 淡黄

その他

試薬の保存

フッ化水素酸はガラスを溶かすのでポリエチレン容器に保存。

黄リンは空気中で自然発火するので水中保存。

硝酸は光化学反応で二酸化窒素に分解されるので褐色瓶中で冷暗所に保存。

過酸化水素水はガラスに不純物として微量に含まれる金属を触媒とした分解反応で酸素を生じるのでポリエチレン容器に入れガス抜きの穴を開けた蓋をつけて保存。

両性金属：${\ce {Al,\, Zn,\, Sn,\, Pb}}$ あ(Al)あ(Zn)すん(Sn)な(Pb)りと両性に愛される。

潮解性：${\ce {NaOH,\, KOH,\, H3PO4,\, P4O10,\, CaCl2}}$

風解性：${\ce {Na2CO3.10H2O, \, CuSO4.5H2O}}$