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資料5 イオンの検出反応

 

◆炎色反応

一般に,塩化物の様な揮発性化合物中の金属原子が,加熱で励起されて発する輝線スペクトルのうち,ある波長の光が特に強い為に生じる発色現象。定性分析の補助法として重要である。

炎色反応は,化合物中の金属元素を検出する為の簡便な方法である。アルカリ金属やアルカリ土類金属,鋼等が炎色反応を示す。通常,試料には塩化物水溶液を用い,白金線の先につけて無色炎に入れる。水溶液につけたろ紙を炎に入れても,炎色反応を行う事ができる。炎色は,コバルトガラスを通すと,元素により固有の色に変わり,元素の識別がより確かになる。特にNaが混合している時は,コバルトガラスでNaの炎色が消え,識別し易い。

花火の色は,炎色反応によるものである。花火の閃光は,マグネシウム又はアルミニウムの燃焼による。現代の花火は酸化剤として塩素酸カリウムの様な能率のよいものを用いているので,燃焼温度が高く,炎色反応も非常に鮮やかだが,江戸時代の花火は酸化剤として硝石(硝酸カリウム)を用いており,燃焼温度が低い為色はあまり鮮やかではなかったと想像される。

 

元素

炎色

青緑コバルトガラスを
通して見た炎色

Li

赤紫

 

Na

無色

 

K

赤紫

赤紫

 

Ca

橙赤

橙緑

 

Sr

深赤

 

Ba

黄緑

青緑

 

Cu

青緑

淡青

 

 

金属の反応性一覧 温度については,カッコ内に示したが,単位℃は省いた。

元素名(記号)

気体に対する反応性

液体に対する反応性

特性

亜鉛Zn

湿気:灰白酸化被膜

空気(高温):燃焼,ZnO

ハロゲン(湿)ZnX2

無機酸,酢酸,強塩基aq:溶,H2Zn2

電解金属99.999%,めっき,電池,合金

アルミニウムAl

空気:(室温)酸化被膜,(高温)燃焼

ハロゲン(高温):燃焼

(高温)H2

無機酸(除濃HNO3)H2

塩基aq[Al(OH)4]-H2

展延性,電気伝導性,軽合金

アンチモンSb

空気:()光沢失う,(加熱)Sb203。ハロゲン:SbX3

王水,濃硝酸,熱濃硫酸:溶

有毒

カドミウムCd

空気:(室温)表面酸化,(高温)CdOハロゲン(高温)CdX2

希硝酸,熱硫酸,HCl:溶

強塩基aq:不溶

有毒

カリウムK

空気:(室温)酸化,(高温)KO2 H2(高温)KH

ハロゲン:KX

水:発火,H2

エタノール:エトキシド+H2

炎色:赤紫

カルシウムCa

空気:(室温)表面酸化,(高温)CaO H2(高温)CaH2

ハロゲン:CaX2

水:溶,H2

酸:激しく反応,H2

エタノール:エトキシド+H2

炎色:橙

Au

Cl2Br2(高温)AuX3

王水:[AuCl4]-

KCN(02存在):溶

展延性金属中最大

Ag

03Ag202

硝酸,熱硫酸:溶

熱,電気伝導性金属中最大。ハロゲン化物:写真

クロムCr

N2(高温):窒化物

ハロゲン(高温)CrX3

HCl,希硫酸:溶,H2

濃硝酸,王水:不動態

Y価化合物有毒,耐食性(めっき)

ゲルマニウムGe

空気:(高温)GeO2

Cl2GeCl4

熱硫酸,硝酸:溶,Ge(W)強塩基aq:徐々に溶,[Ge(OH)6]2-

半導体

コバルトCo

空気:(400500)Co304

O2(1100)CoO

ハロゲン:CoX2

希硫酸,希硝酸,HCl:溶,

Co2 塩基aq:不溶

強磁性,V価の安定錯化合物多数

水銀Hg

空気:(300400)HgO

Cl2Hg2Cl2

硝酸,濃硫酸,王水:溶

室温で液体,有毒,多くの金属とアマルガムを生成

スズSn

空気:(高温)SnO2

ハロゲン:激しく反応,SnX4

酸:溶,Sn2+H2

濃硝酸:SnO2(沈殿)

強塩基aq:溶,[Sn(OH)4]2-

めっき,合金

ストロンチウムSr

空気:(室温)灰白被膜,(高温)SrOSr3N2

H2:水素化物

水,希酸:激しく反応,H2

濃硝酸,濃硫酸:徐々に溶

炎色:紅

セシウムCs

空気:酸化,(高温)CsO2

H2CsH。ハロゲン:CsX

水,酸,激しく反応,H2

エタノール:溶

炎色:青。低融点。最も陽性な元素

タングステンW

空気(300):粉末酸化,WO3

F2Cl2Br2(加熱)WX6

濃硝酸:WO3 王水:表面酸化

HF+硝酸:溶

融点金属中最高,電球フィラメント

チタンTi

O2(610)TiO2

N2(800)TiN4

Cl2(300)TiCl4

無機酸():溶,H2

硝酸:メタチタン酸

HF:溶

耐食性(特に海水中)

Fe

空気(室温,湿):酸化

O2(高温)Fe2O3

Cl2FeCl3

濃硝酸:不動態

α:強磁性(769)

Cu

空気:(湿,CO2)緑青,(高温)CuOF2(高温)CuF2

HCl(O2共存):溶

硝酸,濃硫酸:溶

NH3水: [Cu(NH3)4]2

熱,電気伝導性大

ナトリウムNa

空気:(室温)酸化,Na2O2

H2(高温)NaH

ハロゲン:NaX

水:発火,H2

酸:激しく反応

エタノール:エトキシド+H2

炎色:黄

Pb

空気:(室温)表面酸化

ハロゲン:PbX2

熱硫酸,硝酸:溶 酢酸(O2存在):溶。

軟らかい 蓄電池の電極。

ニッケルNi

空気:微粉末発火

Cl2Br2(高温)NiX2

CONi(CO)4

HCl,硫酸,希硝酸:溶

濃硝酸:不動態

塩基aq:不溶

強磁性 水素化触媒

白金Pt

Cl2(250)PtCl2

F2(高温)PtF4

H2:微粉吸蔵

王水:溶,[PtCl6]2

KCN水,熱濃硫酸,融解塩基:徐々に溶

水素吸蔵性大

バリウムBa

空気(高温)BaO

H2N2(高温)BaH2Ba3N2

ハロゲン:BaX2

水:溶

酸:激しく反応,H2

濃硫酸,濃硝酸:徐々に溶

炎色:黄緑

ベリリウムBe

空気:(室温)酸化被膜,(高温)粉末燃焼,BeO

希酸,強塩基aq:溶,H2

濃硝酸:不溶

有毒,]線管窓

マグネシウム Mg

空気:(室温)表面酸化,(高温)強い光,MgO

Cl2MgCl2

熱水,希酸:溶,H2

塩基aq:不溶

軽金属

マンガンMn

空気:表面酸化

O2CI2(高温)Mn3O4MnCl2

水:徐々に溶

酸:溶,Mn2H2

安定酸化数多数

リチウムLi

空気:(200)燃焼,Li2O

H2(高温)LiHN2(高温)Li3N

水:溶,H2

酸:激しく反応,H2

エタノール:エトキシド+H2

炎色:赤 最も軽い金属,固体金属中比熱最大

ルビジウムRb

空気(高温)RbO2,ハロゲン:RbX

水:激しく反応,H2

エタノール:エトキシド+H2

炎色:赤

 

◆アルミニウムと酸・塩基との反応

単体のアルミニウムは両性を示し,希塩酸にもNaOH水溶液にも水素を発生して溶けるが,濃硝酸には不動態をつくり溶けない。

AICl3水溶液に少量のNaOH水溶液を加えると白色沈殿Al(OH)3が生じる。更にNaOH水溶液を加えると,[Al(OH)4]が生じて沈殿は溶け,無色の溶液となる。塩基としてNaOH水溶液の代わりに弱塩基のNH3水を用いると,多量に加えてもー旦生じたAl(OH)3の沈殿は溶けない。

 

◆鉄(II)イオンFe2の反応

FeSO47H2OFe2化合物の主要なものの1つで青緑色の結晶。水によく溶け,ほぼ無色に近い淡緑色水溶液となる。これはアクア錯イオン[Fe(H2O)6]2が示す色である。放置すると水溶液は次第に酸化されて黄色味を帯びる。

(II)イオンにNaOH水溶液を加えると次の反応が起こる。

Fe22OH―→Fe(OH)2

Fe(OH) 2は白色だが,酸化を防ぐ工夫をしなければ白色のものを観察する事は困難である。普通やや緑がかった白色のものが得られる。

(II)イオンにK4[Fe(CN)6]水溶液を加えると次の反応が起こる。

2Fe2[Fe(CN)6]4―→Fe2 [Fe(CN)6]

Fe2[Fe(CN)6]は白色だが,これも酸化を防ぐ工夫をしなければ白色のものを観察する事は困難である。普通直ちに青色を帯び始めて青白色のものが得られる。

(II)イオンにK3[Fe(CN)6]を加えると,試薬が薄い場合は次の反応が起こり,濃

青色溶液になる。

Fe2K3Fe[Fe(CN)6] ―→KFe[Fe(CN)6]2K

試薬が濃い場合は次の反応が起こり,濃青色沈殿(ターンブル青)を生じる。

3Fe22[Fe(CN)6]3nH2O―→Fe3[Fe(CN)6]2nH2O

 

◆鉄(III)イオンFe3の反応

FeCl6H2Oは潮解性の黄褐色の結晶。水溶液も黄褐色である。

(III)イオンにNaOH水溶液を加えると次の反応が起こり,赤褐色沈殿を生じる。

Fe33OH―→Fe(OH)3

(III)イオンにK4[Fe(CN)6]水溶液を加えると,試薬が薄い場合は次の反応が

起こり,濃青色溶液になる。

Fe3K4[Fe(CN)6―→KFe[Fe(CN)6]3K

試薬が濃い場合は次の反応が起こり,濃青色沈殿(プルシアン青)を生じる。

4Fe33[Fe(CN)6]4―→Fe4[Fe(CN)6]3

(III)イオンにKSCN水溶液を加えると次の反応が起こり,血赤色溶液となる。

Fe3nSCN―→[Fe(SCN)n](n3)

 

◆銅(II)イオンCu2の反応

CuSO45H2Oは青色の結晶で水溶液も青色。無水物は白色の結晶である。

(II)イオンにNaOH水溶液を加えると次の反応が起こり,青白色沈殿を生じる。この時,長く放置したり,熱すると黒色の酸化銅CuOを生じる。

Cu22OH-―→Cu(OH)2, Cu(OH)2―→CuOH2O

(II)イオンに過剰のNH3水を加えると一度Cu(OH)2の沈殿を生じるが,アンモニア水を過剰に加えた時は,Cu(OH)2が溶けて深青色溶液となる。これはアンミン錯イオンが生じる為である。

Cu2 2NH3 2H2O ―→ Cu(OH)2 2NH4

Cu(OH)2 4NH3 ―→ [Cu(NH3)4]2 2OH

硫化水素水H2Sを加えると黒色のCuSを沈殿する。CuSは酸には溶けないが熱希硝酸やKCN水溶液には溶ける。

2CuS9CN-―→2[Cu(CN)4]3-CNS-S2-

Cu2水溶液にKCN水溶液を加えると黄色のCu(CN)2が沈殿するが,これは直ちに(CN)2ガスを失って白色のCuCNの沈殿になる。このCuCNは,過剰のKCNと錯イオンをつくって無色溶液となる。

Cu22CN―→Cu(CN)2  2Cu(CN)22CuCN(CN)2

CuCN3CN-―→[Cu(CN)4]3-

中性のCu2溶液は,K4[Fe(CN)6]溶液を加えると赤褐色沈殿となる。

2Cu2[Fe(CN)6]4-―→Cu2[Fe(CN)6]

 

◆銀イオンAgの反応

AgNO3は白色の痕晶であり,水溶液は無色である。硝酸銀水溶液中のAgは次の様に反応する。塩基にはAg2Oの暗褐色沈殿を生じる。この沈殿はアンモニア水に溶ける。

2Ag 20H- ―→ Ag2O H2O
Ag2O 4NH3 H2O ―→ 2[Ag(NH3)2] 20H-

硫化水素にはAg2Sの黒色沈殿となる。Ag2SKCN溶液に溶ける。

2Ag S2- ―→ Ag2S

Ag2S4KCN―→2[Ag(CN)2]-4KS2-

KCN溶液には白色のAgCNとなって沈殿するが,過剰のKCN溶液には溶ける。

AgCN-―→AgCN  AgCNCN-[Ag(CN)2]-

K2CrO4又はK2Cr2O7水溶液にはAg2CrO4の暗赤色沈殿となる。この沈殿もKCN溶液やNH3水に溶ける。

2AgCrO42-―→Ag2CrO4

4AgCr2O72-H2O―→2Ag2CrO42H

 

 

 








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