章末問題

$\ce{2Fe^2+ + Cl2 -> 2Fe^3+ + 2Cl-}$

淡緑色のFe2+が黄褐色のFe3+に変化しており、Feの酸化数は $+2 \to +3$ に増加(酸化)している。

答え:2Fe2+ + Cl2 → 2Fe3+ + 2Cl−。Feの酸化数は+2から+3に増加(酸化)する。

緑白色の沈殿は$\ce{Fe(OH)2}$。これが空気中の酸素によって酸化され、赤褐色の$\ce{Fe(OH)3}$に変化する。

$\ce{4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O -> 4Fe(OH)3}$

答え:Fe(OH)2(緑白色)→Fe(OH)3(赤褐色)。空気中のO2によってFeの酸化数が+2から+3に酸化されるため。

希硝酸との反応:

$\ce{3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 2NO ^ + 4H2O}$

発生する気体は一酸化窒素NO(無色、空気中で赤褐色に変化)。

濃硝酸との反応:

$\ce{Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2NO2 ^ + 2H2O}$

発生する気体は二酸化窒素NO2(赤褐色)。

答え:希硝酸→NO(無色)、3Cu+8HNO3→3Cu(NO3)2+2NO+4H2O。濃硝酸→NO2(赤褐色)、Cu+4HNO3→Cu(NO3)2+2NO2+2H2O。

陽極(粗銅):$\ce{Cu -> Cu^2+ + 2e-}$

陰極(純銅):$\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}$

銀は銅よりイオン化傾向が小さいため、陽極で銅とともにイオンとして溶け出すことができず、金属のまま陽極の下に沈殿する。これが陽極泥である。

答え:陽極 Cu→Cu2++2e−、陰極 Cu2++2e−→Cu。銀は銅よりイオン化傾向が小さく、陽極で溶けきれずに単体のまま沈むため。

$\ce{AgCl}$(白色)、$\ce{AgBr}$(淡黄色)、$\ce{AgI}$(黄色)がそれぞれ生じる。このうち過剰のアンモニア水によく溶けるのはAgClで、$\ce{[Ag(NH3)2]+}$という錯イオンをつくって溶解する。AgBrはわずかに溶ける程度、AgIはほとんど溶けない。

答え:AgCl(白)、AgBr(淡黄)、AgI(黄)。よく溶けるのはAgCl。

$\ce{2CrO4^2- + 2H+ <=> Cr2O7^2- + H2O}$

希硫酸を加えるとH+の濃度が増加し、この平衡はH+が消費される右向き(二クロム酸イオン側)に移動する。その結果、黄色のクロム酸イオンが減少し、赤橙色の二クロム酸イオンが増加するため、溶液の色が赤橙色に変化する。

答え:H+を加えると平衡が右(Cr2O7^2−側)に移動し、黄色から赤橙色に変化する。

反応式の係数比より、KMnO4とH2C2O4は $2:5$ の物質量比で反応する。

$n(\ce{KMnO4}) = 0.0400\times\frac{12.5}{1000} = 5.00\times 10^{-4}\ \mathrm{mol}$

$n(\ce{H2C2O4}) = \frac{5}{2}\times 5.00\times 10^{-4} = 1.25\times 10^{-3}\ \mathrm{mol}$

もとの溶液のモル濃度は、

$\frac{1.25\times 10^{-3}}{10.0/1000} = 0.125\ \mathrm{mol/L}$

答え:$0.125\ \mathrm{mol/L}$

Fe(OH)3、Cu(OH)2、Zn(OH)2がいったんすべて沈殿するが、過剰のアンモニア水を加えると、Cu(OH)2は$\ce{[Cu(NH3)4]^2+}$(深青色)に、Zn(OH)2は$\ce{[Zn(NH3)4]^2+}$(無色)に、それぞれアンミン錯イオンをつくって溶け出す。一方Fe(OH)3は安定なアンミン錯イオンをつくらないため、赤褐色の沈殿のまま残る。

答え:Fe(OH)3(赤褐色)が沈殿として残る。Cu2+・Zn2+は過剰のアンモニアでアンミン錯イオンとなり溶け出すが、Fe3+はアンミン錯イオンをつくらないため。