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金属イオンの分離(無機化学)

金属イオンの分離の問題です。難易度は少し難。

慶應大学(薬) 制限時間(10分)

 

この問題は、金属イオンと試薬の両方を求める複雑な分離で、表を作りながら整理することで要領よく解くことができます。HgO(黄)はほとんどのテキストには記述されていないので、それ以外を決定していく中で推測します。 

覚えるときには、まず基本的な試薬の操作手順(たとえばHCl→H2S→NH3H2S→・・・)を覚えます。次にそれぞれの試薬に反応する金属イオンを色を含めて正確に覚えます。その上で、さまざまな問題を解くと、効率よく暗記できます。 


<< 解答 >>

[1] A 0  B 8  C 6  D 4  E 5  F 1  G 9

[2] a 2  b 3  c 4

[3] (ア) [Ag(NH3)2]+   (イ) PbCrO4  (ウ) HgO

[4] 硫化水素で還元され生じたFe2+を酸化してFe3+に戻すため。

<< 解法 >>

金属イオンをイオン化傾向の大きい順に並べるのがコツです。

 

イオン

試薬

Ba2+

無色

Ca2+

無色

Na

無色

Al3+

無色

Zn2+

無色

Fe3+

黄褐色

Pb2+

無色

Cu2

青色

Hg2+

銀色

Ag+

無色

HCl

水溶液

×

×

×

×

×

×

PbCl2

×

×

AgCl

H2SO4

水溶液

BaSO4

CaSO4

×

×

×

×

PbSO4

×

×

×

H2S

ガス

酸性

 

×

×

×

×

×

Fe3+ Fe2+

S2ーS()

PbS

CuS

HgS

Ag2S

塩基性

Al(OH)3

ZnS

FeS

NH3

水溶液

少量

×

×

×

Al(OH)3

Zn(OH)2

Fe(OH)3

赤褐

Pb(OH)2

Cu(OH)2

青白

×

Ag2O

過剰量

無色

3

深青

2

無色液1

NaOH

水溶液

少量

×

Ca(OH)2

×

Al(OH)3

Zn(OH)2

Fe(OH)3

赤褐

Pb(OH)2

Cu(OH)2

青白

HgO

()

Ag2O

過剰量

無色

5

無色

4

無色

6

CO2

ガス

BaCO3

CaCO3

×

×

×

×

×

×

×

×

CrO42-

水溶液

PbCrO4

×

×

×

×

×

PbCrO4

×

×

Ag2CrO4

赤褐

 

1 Al2S3が生成されるが直ぐに加水分解してAl2(OH)3になる。 

無色液1 [Zn(NH3)4] 2+ 深青液2 [Cu(NH3)4] 2+ 無色液3 [Ag(NH3)2]+  

無色液4 [Zn(OH)4] 2+   無色液5 [Al(OH)4] +   無色液6 [Pb(OH)4]

アルカリ金属(Li+, Na+, K+など)は、沈殿をつくらないので炎色反応で検出する。

 

[試薬a] HClaq CO2ガスが考えられるが、熱湯で溶けるのはPbCl2のみであるから、HCl(試薬a) 

AgCl(沈殿A)PbCrO4(沈殿B)

 

[試薬b] 酸性溶液で沈殿を生じさせるのはH2S(試薬b) のみ。
沈殿物はHgS, CuS で、硝酸で溶けるのは CuS、溶けないのはHgS

HgS 王水で Hg2+ NaOHaq HgO(沈殿C)

CuS 硝酸で Cu2+ Na2Saq CuS(沈殿D)

 

[試薬c] (1) 煮沸で H2S を除去、(2) Fe2+Fe3+にし、

(3)  NH4+ を追加することでNH4+ + OH- NH3 + H2O の平衝を右に偏らせ NH3 の濃度を大きくする。

NH3(試薬c)

沈殿物はFe(OH)3, Al(OH) 3 過剰のNaOHaq で溶けないのはFe(OH)3(沈殿E)

Al2(OH) 3は溶けて[Al(OH)4] + NH3によってAl(OH)3(沈殿F)

ろ液には Ba+, Ca+, Na+, [Zn(NH3)4] 2+、この中で H2S で沈殿するのはZn2+のみ ZnS(沈殿G)