理論化学
Theoretical Chemstry
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その他
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 要 約      
色早見表  
 各 論      
アルカリ金属 アルカリ土類金属 ハロゲン アルミニウム
ケイ素  
 気 体      
反応式 性質 乾燥剤  
 ▼沈 殿      
▼塩化物イオン ▼水酸化物イオン ▼硫化物イオン ▼硫酸イオン
▼炭酸イオン ▼クロム酸イオン 金属イオンの系統分析  
 工業反応      
アンモニアソーダ法 ハーバー・ボッシュ法 オストワルト法 接触法
 沈殿とイオン  

 

  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H             He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra

 

イオン
Cl-
OH-(塩基を加える)
S2-
CO32-
SO42-
CrO42-
過剰のNaOHaq
少量のNaOHaq/NH3aq
過剰のNH3aq
酸性
中性・塩基性
Ag+
AgCl↓
Ag2O↓
[Ag(NH3)2]+
Ag2S↓
-
PbSO4
Ag2CrO4
Pb+
PbCl2
[Pb(OH)4]2-
Pb(OH)2
PbS↓
-
-
PbCrO4
Cu2+
-
Cu(OH)2
[Cu(NH3)4]2+
CuS↓
-
-
-
Zn2+
-
[Zn(OH)4]2-
Zn(OH)2↓
[Zn(NH3)4]2+
-
ZnS↓
-
-
-
Ni2+
-
Ni(OH)2
[Ni(NH3)6]2+
-
NiS↓
-
-
-
Al+
-
[Al(OH)4]-
Al(OH)3
Al(OH)3↓※1
-
-
-
Fe2+
-
Fe(OH)2
-
FeS↓
-
-
-
Fe3+
-
Fe(OH)3
-
FeS↓※2
-
-
-
Sn2+
-
[Sn(OH)4]2-
Sn(OH)2
SnS↓
-
-
-
Mg2+
-
Mg(OH)2
-
-
-
-
Cr3+
-
[Cr(OH)4]-
Cr(OH)3
-
-
-
-
Mn2+
-
Mn(OH)2
-
MnS↓
-
-
-
Cd2+
-
Cd(OH)2
[Cd(NH3)4]2+
CdS↓
-
-
-
Ca2+
-
-
-
CaCO3
CaSO4
-
Ba2+
-
-
-
BaCO3
BaSO4
BaCrO4
Na+
-
-
-
-
-
-
K+
-
-
-
-
-
-
※ 背景の色はそれぞれの色を表しています。背景色がないものは無色です
※1 硫化物でなく水酸化物が沈殿

  ※2 Fe3+はH2Sによって還元されるため、硫化物はFe2S3でなく、FeSが得られる

 沈殿は、無機の中で頻出中の頻出の分野です。この分野を制せば、無機の半分は終わったと言っても過言ではないです。そのくらい重要なのでしっかりと覚えていきましょう。
 といっても、表を見ればわかるとおりこれだけの情報量を暗記するのは気が遠くなりそうだよね。でも、化学が得意な人の頭の中には、これが入っているんです。だから、丸暗記して。と言いたいけどそれはちょっとしんどすぎる。
 そこで、それぞれのイオンでの暗記のポイントを取り上げて、暗記しやすくしましょう。

 ◆塩化物イオンCl-による沈殿

 Cl-で、沈殿するのはAg+とPb2+です。他にHg22+があるんですが、これはマニアックなんで忘れていいです。

 AgCl、PbCl2ともに白色沈殿です。ですから、このままではどちらなのか見分けがつきません。どうすればいいでしょう?

 1つは、「熱湯を加える」です。PbCl2は熱水に溶けるので、これによって判別することができます。もう1つは、「過剰のアンモニア水を加える」です。AgClが即座に錯イオン[Ag(NH3)2]+となって溶解し、溶液は無色になります。これについては後の水酸化物イオンのところを参照してください。

 ◆水酸化物イオンOH-による沈殿

 ここが、一番やっかいで一番頻出のところです。こころして聞いてくださいね。

 まず、基本的に塩基性にすれば、たいていの金属イオンは水酸化物沈殿になります。沈殿しないのはアルカリ金属とアルカリ土類金属です。これらは強塩基となって完全電離し、非常に安定な状態なので沈殿を生じません。

 塩基性にする操作にはいくつかあります。まず強塩基のNaOHaqか弱塩基のNH3aqを加えるかの2通り。また、加える量が少量か過剰かによっても反応が異なってくるんです。

 少量であれば、水酸化ナトリウム水溶液NaOHaqであろうとアンモニア水NH3aqであろうと水酸化物沈殿を生じます。ただし例外があって、Ag+は沈殿を生じるんだけれども水酸化物AgOHではなくより安定な酸化物Ag2Oとなって沈殿するので気をつけましょう。

 問題なのは、過剰に加えたときです。NaOHaqかNH3aqによって、それぞれある特別な金属だけが錯イオンを形成してイオンとなり、沈殿が溶けてしまうんです。

 まず、過剰の「アンモニア水」を加えたときです。

過剰のNH3aqで溶解する金属→Ag+,Cu2+.Zn2+,Ni2+,(Cd2+)
イオン
少量
過剰
錯イオンの形
少量での反応
過剰での反応
Ag+

Ag2O

[Ag(NH3)2]+
直線形
2Ag++2OH-→Ag2O+H2O Ag2O+2NH3+H2O→[Ag(NH3)2]++2OH-

Cu2+

Cu(OH)2
[Cu(NH3)4]2+
正方形
Cu2++2OH-→Cu(OH)2 Cu(OH)2+4NH3→[Cu(NH3)4]2++2OH-
Zn2+
Zn(OH)2
[Zn(NH3)4]2+
正四面体形
Zn2++2OH-→Zn(OH)2 Zn(OH)2+4NH3→[Zn(NH3)4]2++2OH-
Ni2+
Ni(OH)2
[Ni(NH3)6]2+
正八面体形
Ni2++2OH-→Ni(OH)2 Ni(OH)2+6NH3→[Ni(NH3)6]2++2OH-

 センターレベルでは、Ag+, Cu2+, Zn2+ の3つで十分だけど、それ以上では他のも覚える必要がでてくる。とにかく大事なのは、これらの金属イオンに過剰のアンモニア水を加えると、アンモニア分子が配位結合して錯イオンとなり、溶けるんだってこと。あと、錯イオンの色、形もよく出るから合わせて覚えよう。反応式を覚えるかどうかは必要に応じて自分で判断してください。といっても、式のパターンはほとんど一緒(Ag+だけ酸化物が生じるのでちょっと違う)なのですぐに覚えられるでしょう。ここは本当によくでるから絶対覚えよう!

 ちなみに二次レベルになるとNi2+が顔を出してきます。それと、実はCd2+っていうのもあります。ただ、ほとんど出ないですね。これは余裕のある人だけでいいです。

 次に、過剰の「水酸化ナトリウム水溶液」を加えたときです。

過剰のNaOHaqで溶解する金属 → Al3+, Zn2+, Sn2+, Pb2+, (Cr3+)
イオン
少量
過剰
少量での反応
過剰での反応
Al3+

Al(OH)3

[Al(OH)4]-
Al3++3OH-→Al(OH)3 Al(OH)3+OH-→[Al(OH)4]-

Zn2+

Zn(OH)2
[Zn(OH)4]2-
Zn2++2OH-→Zn(OH)2 Zn(OH)2+2OH-→[Zn(OH)4]2-
Sn2+
Sn(OH)2
[Sn(OH)4]2-
Sn2++2OH-→Sn(OH)2 Sn(OH)2+2OH-→[Sn(OH)4]2-
Pb2+
Pb(OH)2
[Pb(OH)4]2-
Pb2++2OH-→Pb(OH)2 Pb(OH)2+2OH-→[Pb(OH)4]2-

 これらの金属は、特別にグループ名が与えられてます。何でしょう?

 「両性金属」ですね。酸にも塩基にも溶ける特別な金属たちです。通常、金属は酸に溶けるものが多いんですが、こいつらは塩基にも溶けるんです。
 センターレベルではAl3+,Zn2+の2つで十分だけど、4つともすぐに覚えられる語呂があるからそれで覚えちゃいましょう。

「あ(Al)あ(Zn)すん(Sn)なり(Pb)溶ける両性金属」

 けっこう有名な語呂だからみんなこうやって覚えてると思う。これらの金属は、少量だと他と同じく水酸化物沈殿を一旦生じるんですが、過剰に加えるとやはり錯イオンを形成して溶けてしまいます。

 ちなみに色は、水酸化物沈殿はすべて白、錯イオンはすべて無色だから、アンモニア水のときと違って楽ですね。あと、Zn2+は過剰のNH3aqにもNaOHaqにも溶ける唯一の金属イオン(▲の2つの表のどちらにも出てくる!)だってことを知っておくと、問題解くときに役に立つ。

 それと、ここでも他にCr3+というのもあるのですが、これはあまり出ないので表からは省きました。

 ◆硫化物イオンS2-による沈殿

  硫化物イオンの沈殿は、イオン化傾向を利用すると覚えやすいです。

沈殿しない
酸性では沈殿しない
いつでも沈殿
K  Ca Na Mg
Al
Mn
Zn
Fe
Ni
Cd
Sn
Pb
Cu
Hg
Ag
Pt
Au
-
-
-
-
Al(OH)3
MnS
ZnS
FeS
NiS
CdS
SnS
PbS
CuS
HgS
Ag2S
- 
- 

 まず、イオン化傾向で見慣れないMn,Cd,Snが入り込んでますが、より詳しいイオン化傾向ではこのようになっています。
 K〜Mg、Pt,Auはどんな条件であろうと、硫化物は絶対に沈殿しない。また、Alは沈殿は生じるが、硫化物ではなく水酸化物です。
 Mn〜Niまでは酸性条件下では沈殿を生じません。逆に言えば中性・塩基性だったら沈殿するということ。ここらへんを巧みに利用したのが【金属イオンの系統分析】なんですが、それはまた今度詳しくお話します。
 Cd〜Agでは液性に関係なくいつでも沈殿します。
 硫化物の色はときどき聞かれます。硫化物は一般に黒色沈殿が多いので、まずはそれを頭の中に入れて、それから例外を覚えましょう。MnS,ZnS,CdS,SnSの4つが該当しますが、特にZnS(白)とCdS(黄)は必ず覚えましょう。

 これでメインは終わりました。後のイオンはすぐに覚えられると思います。

 ◆炭酸イオンCO32-による沈殿

 炭酸イオンで沈殿するのは、アルカリ土類金属。これだけで十分。しかも結局でてくるのはCa2+, Ba2+だから、この2つに絞って構いません。
 色についても単純です。CaCO3、BaCO3のどちらも白色沈殿です。

 ◆硫酸イオンSO42-による沈殿

 硫酸イオンで沈殿するのは、アルカリ土類金属+鉛です。だから、Ca2+,Ba2+,Pb2+の3つを覚えましょう。 色は、CaSO4, BaSO4, PbSO43つとも白色沈殿です。

 ◆クロム酸イオンCrO42-による沈殿

 Ag+, Pb2+, Ba2+の3つだけ。少ないから覚えられるよね。 ただ、クロム酸イオンの沈殿は、色が頻出です。Ag2CrO4赤褐色沈殿で、PbCrO4とBaCrO4黄色沈殿です。

 

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