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→NH₃→H₂S→・・・)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

白

×

AgCl

白

H₂SO₄

水溶液

―

BaSO₄

白

CaSO₄

白

×

PbSO₄

白

×

H₂S

ガス

酸性

×

Fe³⁺ →Fe²⁺

S^2ー→S(白)

PbS

黒

CuS

黒

HgS

黒

Ag₂S

黒

塩基性

Al(OH)₃

白

ZnS

白

FeS

黒

NH₃

水溶液

少量

×

Al(OH)₃

白

Zn(OH)₂

白

Fe(OH)₃

赤褐

Pb(OH)₂

白

Cu(OH)₂

青白

×

Ag₂O

褐

過剰量

無色

液3

深青

液2

無色液1

NaOH

水溶液

少量

×

Ca(OH)₂

白

×

Al(OH)₃

白

Zn(OH)₂

白

Fe(OH)₃

赤褐

Pb(OH)₂

白

Cu(OH)₂

青白

HgO

赤

(黄)

Ag₂O

褐

過剰量

無色

液5

無色

液4

無色

液6

CO₂

ガス

―

BaCO₃

白

CaCO₃

白

×

CrO₄^2-

水溶液

―

PbCrO₄

黄

×

PbCrO₄

黄

×

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 と 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 で HgO(沈殿C)。

→ CuS → 硝酸で Cu²⁺ → Na₂Saq で CuS(沈殿D)

[試薬c] (1) 煮沸で H₂S を除去、(2) でFe²⁺を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)