金属イオンまとめ(色・沈殿・分離)

東大塾長の山田です。

このページでは、金属イオンの性質について詳しく説明しています。

ぜひ勉強の参考にしてください!

1. 水溶液中のイオン

ここでは、イオンの水溶液中の色について説明します。

イオンは基本的には無色ですが、例外として有色であるイオンがいくつか存在します。以下の表で示したイオンが大学受験において覚えておくべきものです。(金属イオン以外のイオンの色も大切なものは紹介しているので覚えるようにしてください!)

イオン
\(Cu^{2+}\) 青色
\(Fe^{2+}\) 淡緑色
\(Fe^{3+}\) 黄褐色
\(Ni^{2+}\) 緑色
\(Mn^{2+}\) 淡桃色
\(Cr^{3+}\) 緑色(暗緑色)
\({CrO_4}^{2-}\) 黄色
\({Cr_2O_7}^{2-}\) 赤橙色
\({MnO_4}^-\) 赤紫色
\({MnO_4}^{2-}\) 暗緑色
\(I^{3-}\) 褐色

 

色のついた金属イオンは基本的に遷移元素です。(遷移元素については、「周期表と覚え方(原子量・語呂合わせ)」の記事で解説しているので是非参考にしてください。)

 

2. 金属イオンの沈殿

以下では、金属イオンと反応して生成する沈殿物の色や性質を説明します。

覚える量が多くて大変だと思いますが、問題を解くうえで重要な知識ばかりなのでしっかり覚えるようにしてください。

覚えやすいように語呂合わせも一緒に紹介するので参考にしてください。

2.1 沈殿しない金属

金属イオンの沈殿物について覚える前に、沈殿しない金属を覚えてしまいましょう。

イオン半径の大きい一価の金属イオンである、アルカリ金属は水溶性が高いため沈殿しにくい傾向にあります。

また、金属イオンではないですが、\({NO_3}^-\)\({NH_4}^+\)\({CH_3COO}^-\)などのイオンもほぼ沈殿することはありません。

 

2.2 塩化物の沈殿

金属イオンと塩化物イオンが反応して生じる沈殿物は次のとおりです。

沈殿物
\(AgCl\) 白色
\(PbCl_2\) 白色
\(Hg_2Cl_2\) 白色
\(Ag_2Cl_2\) 白色

 

この中で、\(PbCl_2\)だけは冷水では溶けませんが、熱水には溶けます。この性質をもとに\(PbCl_2\)だけを分離させるような問題が出ることもあるのでしっかり覚えてください。

\(AgCl\)は日光を当てると黒っぽい色に変色します。また、「錯イオンとは(覚え方・色・配位数)」の記事で詳しく解説しますが、\(AgCl\)はアンモニア水に溶解し、錯イオンとなり無色の水溶液になります。

\(Hg\)は、\(Hg^+\)と\(Hg^{2+}\)の2つの陽イオンがありますが、\(HgCl\)は水によく溶けます。

\(AgCl\)と\(PbCl\)は特に重要なので確実に覚えてください!

覚え方

語呂合わせ‥‥銀のなまはげ

銀(\(Ag\))のなま(\(Pb\))はげ(\(Hg\)

 

2.3 硫酸塩の沈殿

金属イオンと硫酸イオンが反応して生じる沈殿物は次のとおりです。

イオン
\(CaSO_4\) 白色
\(BaSO_4\) 白色
\(PbSO_4\) 白色
\(SrSO_4\) 白色

 

覚え方

語呂合わせ‥‥馬鹿にするな硫酸

馬(\(Ba\))鹿(\(Ca\))にする(\(Sr\))な(\(Pb\))硫酸

 

2.4 炭酸塩の沈殿

炭酸イオンを加えると多くの金属イオンが沈殿し、沈殿物はすべて白色です。

そこで、炭酸イオンについては沈殿しない物質を覚えてください。

炭酸イオンで沈殿しない金属イオンは\(Na^+\)\(K^+\)です。また、金属イオンではないですが、\({NH_4}^+\)も炭酸イオンによって沈殿しません。

覚え方

語呂合わせ‥‥炭酸イオンとはあんまり仲良くない

炭酸イオンとはあん(\({NH_4}^+\))まり仲(\(Na^+\))(\(K^+\))良くない

また、カルシウム\(Ca\)と炭酸イオン\({CO_3}^{2-}\)の沈殿\(CaCO_3\)は沈殿が生じた後に、\(CO_2\)を吹き込み続けると\(CaCO_3\)の沈殿は溶解して透明になります。

この水溶液を加熱すると、過剰に吹き込んだ\(CO_2\)が追い出され再び\(CaCO_3\)が生成します。

\(CaCO_3 + CO_2 + H_2O → Ca(HCO_3)_2\)

これは、\(CaCO_3\)が溶解する反応です。加熱したときは左方向に反応が進みます。

 

2.5 クロム酸塩の沈殿

金属イオンとクロム酸イオンが反応して生じる沈殿物は次のとおりです。

沈殿物
\(BaCrO_4\) 黄色
\(PbCrO_4\) 黄色
\(Ag_2CrO_4\) 赤褐色

 

覚え方

語呂合わせ‥‥歯に名前を作ろう

銀(\(Ag\))歯(\(Ba\))に名前(\(Pb\))を作ろ(\({CrO_4}^{2-}\))う

 

2.6 水溶液の液性によって変わる沈殿物

ここでは、水溶液の液性によって沈殿するか沈殿しないかが変わるものについて説明します。

液性によって変わるのは硫化物と水酸化物です。これらは、イオン化傾向から覚えることができます。

 

2.6.1 硫化物の沈殿

金属イオンと硫化物イオンによる沈殿は以下のように生成します。

 

また、これらの硫化物の沈殿の色は次のようになります。

沈殿物
\(ZnS\) 白色
\(CdS\) 黄色
\(MnS\) 淡赤色
\(SnS\) 褐色

これらは、特徴的な色を示す沈殿物です。これ以外の沈殿物はすべて黒色になります。

 

2.6.2 水酸化物の沈殿

金属イオンと水酸化物イオンによる沈殿は以下のように生成します。

 

また、これらの水酸化物の沈殿の色は次のようになります。

沈殿物
\(Fe(OH)_2\) 緑白色
\(Fe(OH)_3\) 赤褐色
\(Cu(OH)_2\) 青白色
\(Cr(OH)_3\) 灰緑色
\(Ni(OH)_2\) 緑色

これらは、特徴的な色を示す沈殿物です。これ以外の沈殿物はすべて白色になります。

また、\(Hg\)、\(Ag\)については水酸化物ではなく\(HgO\)、\(Ag_2O\)の酸化物が生成するので気を付けてください。

 

2.7 酸化物

酸化物の特徴的な色を示すものは以下の通りです。

酸化物
\(CuO\) 黒色
\(Cu_2O\) 赤褐色
\(Ag_2O\) 褐色
\(MnO_2\) 黒色
\(FeO\) 黒色
\(Fe_3O_4\) 黒色
\(Fe_2O_3\) 赤褐色
\(ZnO\) 白色
\(HgO\) 黄色

 

 

2.8 ハロゲン化銀

ハロゲン化銀の色は次のようになります。

ハロゲン化銀
\(AgCl\) 白色
\(AgBr\) 淡黄色
\(AgI\) 黄色

 

 

3. まとめ

この記事の内容は覚えることばかりで嫌になるかもしれませんが、無機化学は沈殿が起こるものや色をしっかり覚えていないと解けない問題が多く出題されます。

語呂合わせなどできるだけ覚えやすいように説明しているので、どの沈殿物がどんな色であるのか、どの金属イオンが沈殿するのかしっかりマスターしてください!

 

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