【東北大学】2024 化学第２問 part2

こんにちは。

前回に引き続き、

東北大学第２問を見ていきます。

（ア）アルミニウムの合金として最も有名なジュラルミンです。

（イ・ウ）鉛蓄電池は負極に鉛Pb板、正極に酸化鉛(Ⅳ)PbO₂板を使います。　

（a～c）両性金属は酸・塩基と反応して水素H₂を発生します。しかし、鉛Pbは塩酸や希硫と反応すると不要な塩化鉛PbCl₂や硫酸鉛PbSO₄を生成します。また、これらの金属は酸化物も同様、酸や塩基と反応します。

（d・e）両性金属の水酸化物も酸や塩基と反応しますが、アンモニア水に関しては金属によって異なります。亜鉛イオンZn²⁺はアンモニア分子と錯イオンを形成します。一方、アルミニウムイオンAl³⁺はアンモニア分子と錯イオンを形成しません。

　銀Agと熱濃硫酸H₂SO₄が反応すると二酸化硫黄SO₂が発生します。一緒に硫酸銀Ag₂SO₄と水が生成する、と知っていれば後は係数を揃えるだけです。

　ただ、全部覚えなくても、「AgとH₂SO₄が反応するとSO₂が発生」という知識で化学反応式をつくることができます。

　AgがAg⁺にイオン化、H₂SO₄がSO₂に変化する半反応式を書きます。

　　Ag → Ag⁺ ＋ e^-

　　H₂SO₄ ＋ 2H⁺ + 2e^- → SO₂ ＋ 2H₂O

電子を消去すればイオン反応式の完成です。水素イオンH⁺、銀イオンAg⁺は硫酸イオンSO₄^2-を補うことで化学反応式にすることができます。

　また、銀Agだけでなく銅Cu、水銀Hgでも同様にできます。更に、これらの金属は硝酸HNO₃とも反応します。硝酸の場合、濃硝酸か希硝酸で発生する気体が違います。それぞれ半反応式を書くことで同じように化学反応式を書くことができます。

　問８同様、過マンガン酸カリウムKMnO₄とシュウ酸(COOH)₂がマンガンイオンMn²⁺と二酸化炭素に変化する半反応式を書き、組み合わせることで化学反応式を完成させます。硫酸酸性のKMnO₄を使用しているためカリウムイオンK⁺の他に硫酸イオンを補う必要があります。

（a・b）鉄イオンは２価でも３価でも黒色沈殿を生じます。特に鉄(Ⅲ)イオンFe³⁺は硫化水素によって還元され、鉄(Ⅱ)イオンFe²⁺に変化します。よって、同じ硫化鉄(Ⅱ)FeSが沈殿します。

（c・d）水酸化鉄は価数によって色に違いがあります。２価は緑白色、３価は赤褐色になります。

■水酸化鉄(Ⅲ)について

　実際には水酸化鉄(Ⅲ)は組成がFe(OH)₃ではないため、新学習指導要領ではこのような表記をしないようになりました。一部問題集ではこの表記が残っているものもありますが、おそらく入試では変更されていると思います。

（e・f）Fe²⁺はヘキサシアニド鉄(Ⅲ)酸カリウム水溶液と、Fe3+はヘキサシアニド鉄(Ⅱ)酸カリウム水溶液と濃青色沈殿を生じます。価数が入れ違いになっているので注意してください。また、Fe³⁺はチオシアン酸カリウムKSCNと反応して血赤色溶液になります。

　今回は、主に無機化学（典型・遷移金属元素）が登場しました。実は、新学習指導要領からこれまで典型元素として分類されていた12族元素（Zn、Cd、Hg、Cn）が遷移元素になっています。性質上、どちらに分類されてもいいような位置にいるため曖昧ですが、変更されているので覚えておきましょう。

　遷移金属元素でよく出てくるのが、イオンや化合物の色です。化学特有の表現もあるため、正確に覚えておきましょう。