高校化学 無機化学まとめ

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

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。

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-

CrO42-

Cu2+

Fe2+

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

CuO

Cu2O

Fe2O3

Fe3O4

FeO

Al2O3

ZnO

MnO4

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

Fe(OH)3

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

ZnS

CdS

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)

• 
  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

気体の実験室的発生方法

水素H₂

${\ce {Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2 ^}}$

酸素O₂

${\ce {2H2O2 -> 2H2O + O2 ^}}$(触媒:MnO2)

${\ce {2KClO3 -> 2KCl + 3O2 ^}}$(触媒:MnO2)

オゾンO₃

${\ce {3O2 -> 2O3}}$(紫外線の照射)

窒素N₂

${\ce {NH4NO2 -> 2H2O + N2 ^}}$(加熱)

塩素Cl₂

${\ce {MnO2 + 4HCl -> MnCl2 + 2H2O + Cl2 ^}}$

${\ce {Ca(ClO)2.2H2O + 4HCl-> CaCl2 + 4H2O + 2Cl2 ^}}$

塩化水素HCl

${\ce {NaCl + H2SO4 -> NaHSO4 + HCl ^}}$

フッ化水素HF

${\ce {CaF2 + H2SO4 -> CaSO4 + 2HF ^}}$

硫化水素H₂S

${\ce {FeS + H2SO4 -> FeSO4 + H2S ^}}$

アンモニアNH₃

${\ce {2NH4Cl + Ca(OH)2 -> CaCl2 + 2H2O + 2NH3 ^}}$(加熱)

二酸化炭素CO₂

${\ce {CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + H2O + CO2 ^}}$

一酸化炭素CO

${\ce {HCOOH -> H2O + CO ^}}$(濃硫酸での脱水反応)

二酸化窒素NO₂

${\ce {Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 ^}}$(HNO₃は濃硝酸)

一酸化窒素NO

${\ce {3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO ^}}$(HNO₃は希硝酸)

二酸化硫黄SO₂

${\ce {Cu + 2H2SO4 -> CuSO4 + 2H2O + SO2 ^}}$

${\ce {NaHSO3 + H2SO4 -> NaHSO4 + H2O + SO2 ^}}$

その他

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

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

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