化学 一学期期末範囲
金属のイオン化
金属単体 → 金属の陽イオン+電子
⇒酸化剤 ⇒還元剤
金属の陽イオンになりやすさをあらわしたものを金属のイオン化傾向という
電池
上の反応の電子のやり取りを外部に取り出し利用するもの
電池の構造
電解質水溶液と、イオン化傾向の異なる2種類の金属
1,イオン化傾向の大きい金属がイオン化し、電子が金属内にたまる
2,2つの金属間で電子の濃度に差が出る
3,導線を通り、イオン化傾向の小さい金属に電子が移動
4,水溶液中の陽イオンが電子を受け取る
負極 イオン化傾向の大きい金属=酸化する
↓ 電子の移動
正極 イオン化傾向の小さい金属=還元する
イオン化傾向の差が大きいと起電力の大きい電池になる
主な電池
1,ボルタ電池
欠点 Znにおいて、水素ができる変化が起きてしまう。
Cuにおいて、水素が分解される変化が起こりCuに電子がたまる
⇒電子が流れなくなる
⇒分極(負極が二箇所に)
解決策 過酸化水素を加える
電子がこの反応により消費され、再び電子が流れるようになる
このような働きをする物質を減極剤という
2,ダニエル電池
硫酸銅は濃度が大きいほうがいい
硫酸亜鉛は濃度が小さいほうがいい
仕切りは素焼き板(隔膜)…イオンを通す
3,鉛蓄電池
蓄電池…外から電気エネルギーを送入し
化学エネルギーとして蓄えることができる電池
電気分解
電池の正極とつないだほうが陽極、
負極とつないだほうが陰極となる
両極の電極としては金属または炭素棒を使う
陰極で起こる変化(還元)
気体の発生または金属の析出
判別方法…
水素よりもイオン化傾向の小さい金属の陽イオンの有無
有る場合、金属が電子を受け取り金属の析出が起こる
ない場合、水が電子を受け取って水素の発生が起こる
水溶液が酸性の場合は水素イオンが電子を受け取る
陽極で起こる変化(酸化)
気体の発生または金属の溶解
判別方法…
電極にイオン化傾向がAg以上の金属が使われているかどうか
そうである場合、電極である金属の溶解が起こる
そうでない場合、電解質水溶液内のハロゲン化物イオンの有無で判断
有る場合、ハロゲンの単体が生成する
ない場合、水が電子を与え、酸素の発生が起こる
水溶液が塩基性の場合は水酸化物イオンが電子を与える
ファラデーの法則
陽極や陰極で変化したイオンの物質量と流れた電気量は比例する
典型元素…族の1の位=最外殻電子(価電子)の数
→同族は性質が似ている
遷移元素…最外殻電子は1個か2個
→隣り合う元素は性質が似ている
1族
水素
単体の性質
無色無臭の気体で、水に溶けにくく密度が最も小さい。
製法
イオン化傾向が水素より大きい金属+酸(Na,K,Caなら水でも可)
電気分解(NaCl(aq),NaOH(aq),HCl(aq)など)
メタン、エタン、プロパンなどの炭化水素+水蒸気
水素の利用
ロケットの燃料(燃料電池)
アルカリ金属
イオン化エネルギーが大きい順に、Li,Na,K,Rb,Cs,Fr
価電子が1個で1価の陽イオンになる
単体の性質
常温で固体であり、銀白色をしている
密度が小さい(軽金属)
やわらかく、融点が低い
反応性が大きい(酸化還元反応)
単体の反応
アルカリ金属の化合物
A,酸化物(塩基性酸化物) 白色
水に溶けて塩基性を示す
酸との反応(水素イオンを受け取る)
B,水酸化物
塩基性を示す
水に溶けて水酸化物イオンを生じる…強塩基
酸と反応する
固体のNaOHには、空気中の水分を吸収する性質潮解性がある
C,炭酸塩 白色、塩基性
水と反応して水酸化物イオンを生じる
酸と反応する
炭酸ナトリウムの結晶(十水和物)は
結晶水が徐々に失われて一(って言うの?)水和物となる。
=風解
D,炭酸水素塩 弱塩基
水に溶けにくい
炭酸水素イオンから水酸化物イオンを生じる
水素イオンを受け取る
加熱すると分解して炭酸塩を生じる
炭酸ナトリウムの工業的製法
(アンモニアソーダ法またはソルベー法)
一段階目 食塩と水と二酸化炭素とアンモニアをぶっこむ。
→炭酸水素塩と塩素アンモニウムができる。
二段階目 炭酸水素塩を加熱する。
→炭酸塩と水と二酸化炭素ができる。
アルカリ金属の化合物は炎色反応を示す。
Li(赤)Na(黄)K(紫)Cu(青緑)
Ca(橙)Sr(紅)Ba(黄緑)
NaCl(aq)の電気分解
陽極…塩素の発生 陰極…酸素の発生
NaClの融解液の電気分解
陽極…塩素の発生 陰極…ナトリウムの析出
…融解塩電解(Alまで)
K,Ca,Na,Mg,Al …自然状態では酸化物もしくは硫化物
融解塩電解により単体になる。
Zn,Fe,Ni,Sn,Pb,H2,Cu,Hg …自然状態では酸化物もしくは硫化物
Cとともに加熱で単体になる。
Ag,Pb,Au …自然状態では単体である。
2族の元素 …Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra
価電子が2個で2価の陽イオンになる
Ca,Sr,Ba,Raのことをアルカリ土類金属という
他の2族との相違点
単体はアルカリ土類金属のほうが不安定
Be,Mgは炎色反応を示さない
塩の水との反応しやすさ(ってどっちのほうが大きいの?)
2族の単体
性質…銀白色、軽くやわらかい
反応性が大きい(アルカリ金属>アルカリ土類金属>Mg)
アルカリ土類金属の化合物
アルカリ金属の化合物と似ている(=塩基性、白色)
ただし加熱により固体が分解するという点は異なる
A,酸化物
酸化カルシウムは生石灰と呼ばれる
乾燥剤(吸湿剤)として用いられる
酸化カルシウムと水酸化ナトリウムを混ぜたものをソーダ石灰という
B,水酸化物
水酸化カルシウムは消石灰と呼ばれる
水酸化カルシウム水溶液のことは石灰水と呼ぶ
加熱すると分解して酸化物になる
C,炭酸塩
炭酸カルシウムは石灰石、大理石、卵や貝の主成分
塩基性、水に溶けにくい
塩化カルシウムは中性であり、乾燥剤として使える
Mg,Ca,Baの塩の水に対する溶解性
水酸化物…水酸化マグネシウムのみ水に溶けにくい
炭酸塩 …すべての塩が水に溶けにくい
硫酸塩 …硫酸マグネシウムのみ水に溶けやすい
12族、13族
Zn,Hg …12族の元素
Al …13族の元素
単体
Hg …常温で液体(温度計に利用)
合金を作りやすい(アマルガム)
毒性が強い
1価、2価の陽イオンが存在する
塩化水銀(T)…水に溶けにくい(白色)
塩化水銀(U)…水に溶けやすい 猛毒である
Zn …青白色
酸化されやすい
鉄を亜鉛で保護したものをトタンという
※鉄を錫で保護したものをブリキという
Al …銀白色
酸化されやすい
軽く、合金(ジュラルミン)として利用される
アルミニウムを酸化アルミニウムで保護したものをアルマイトという
Al,Znは酸とも塩基とも反応する→両性元素
それぞれの原子に水酸化物イオンが4つつき錯イオンとなる
Al,Znの化合物
酸化物
白色、水に溶けにくい、両性酸化物である
錯イオンにする際は塩基だけでなく水も加えること。
水酸化物
白色、水に溶けにくい、両性水酸化物である
Alの単体を作る場合、融解塩電解をする。
融点を下げるため氷晶石を加える。
電極が炭素棒の場合、陽極から出てくる酸素が反応して
一酸化炭素や二酸化炭素が出てくる。