代表的な気体の製法

入試で問われる代表的な気体の製法についてまとめます。

亜鉛(固)に希硫酸を注いで発生させます。

イオン化傾向の大きい金属と酸との反応により、水素が発生します。

$Zn + H_2SO_4$ → $ZnSO_4 + H_2$

酸素の発生方法は主に2種類あります。

①酸化マンガン(Ⅳ)(固)に過酸化水素を滴下して発生させる。

酸化マンガン(Ⅳ)は触媒として機能させるので、反応式には書きません。

$2H_2O_2$ → $2H_2O + O_2$

②塩素酸カリウム(固)に酸化マンガン(Ⅳ)(固)を加え加熱して発生させる

この反応でも酸化マンガン(Ⅳ)は触媒として機能させるので、反応式には書きません。

$2KCIO_3$ → $2KCI + 3O_2$

濃い亜硝酸アンモニウム水溶液を加熱して発生させる

亜硝酸アンモニウム($NH_4NO_2$)はアンモニウムイオン($NH_4^+$)と亜硝酸イオン($NO_2^-$)からなる塩で、
この水溶液を加熱すると、$NH_4^+$から$NO_2^{-}$に電子が渡されて$N_2$が発生します。

$NH_4NO_2$ → $N_2 + 2H_2O$

塩素の代表的な作り方は2つあります。

①亜鉛酸化マンガン(Ⅳ)(固)に濃塩酸を加えて加熱して発生させる。

酸化マンガン(Ⅳ)は酸化剤として機能(酸化マンガンの反応式を使用)します。

Clは電子を奪う力が強いため加熱する必要があります。

$MNO_2 + 4H^+ + 2e^-$ → $MN^{2+} + 2H_2O$ - ①
$2Cl-$ → $Cl_2 + 2e^-$ - ②

① + ②

$MnO_2 + 4H^+ + 2Cl^-$ → $Mn^{2+} + 2H_2O + Cl_2$

両辺に$H^+$の対イオン$Cl^-$を2個加えて

$MnO_2 + 4HCl $ → $MnCl_2 + 2H_2O + Cl_2$

②さらし粉($CaCl(CIO) \cdot H_2O$)(固)に塩酸を注いで発生させる

さらし粉と塩酸は以下のような酸化還元反応を起こします。

$CaCl(CIO) \cdot H_2O + 2HCl$ → $CaCl_2 + Cl_2 +2H_2O$

食塩NaCl(固)に濃硫酸を加えて加熱する

揮発性酸遊離反応がおきて、HClが遊離します。

$NaCl + H_2SO_4$ → $NaHSO_4 + HCl$

硫化鉄(Ⅱ)(固)に希硫酸または希塩酸を注いで発生させる。
弱酸遊離反応により、弱酸$H_2S$が生成されます。

$FeS + H_2SO_4$ → $FeSO_4 + H_2S$

$FeS + 2HCl$ → $FeCl_2 + H_2S$

塩化アンモニウム(固)と水酸化カルシウム(固)を混合し、加熱して発生させる。

弱塩基遊離反応により弱塩基であるアンモニアが生成します。
水溶液中で発生させるとアンモニアが水に溶けるので、成分は固体である必要があり、
反応させるために熱が必要になります。

$2NH_4Cl + Ca(OH)_2$ → $CaCl_2 + 2H_2O + 2NH_3$

二酸化硫黄は代表的に2種類の製法があります。

①銅(固)に濃硫酸(加熱するので熱濃硫酸となる)を加えて加熱して発生させる

$Cu + 2H_2SO_4$ → $CuSO_4 + 2H_2O + SO_2$

②亜硫酸ナトリウム(固)に希硫酸を注いで発生させる

亜硫酸ナトリウムは弱酸由来の塩と、強酸(硫酸)との弱酸遊離反応がおき、$H_2SO_3$が生成し、分解して$SO_2$が発生します。

$Na_2SO_3 + H_2SO_4$ → $Na_2SO_4 + H_2O + SO_2$

銅(固)に希硝酸を注いで発生させます。

銅は単体の金属なので、還元剤として働くため、希硝酸との酸化還元反応が起きます。

$HNO_3 + 3H^+ + 3e^-$ → $NO + 2H_2O$ - ①
$Cu$ → $Cu^{2+} + 2e^-$ - ②

① × 2 + ② × 3

$3Cu + 2HNO_3 + 6H^+$ → $3Cu^{2+} + 2NO + 4H_2O$

両辺に$H^+$の対イオンである$NO_3^-$を6個加えます

$3Cu + 8HNO_3$ → $3Cu(NO_3)_2+ 2NO + 4H_2O$

銅(固)に濃硝酸を注いで発生させる

$Cu + 4HNO_3$ → $Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O$

熱した濃硫酸にギ酸を滴下して発生させる。

濃硫酸の脱水作用により、ギ酸($HCOOH$)の分子内から水分子$H_2O$が引き抜かれて$CO$が発生します。

$HCOOH$ → $H_2O + CO$

石灰石($CaCO_3$)(固)に塩酸を注いで発生させる。
弱酸遊離反応により、$H_2CO_3$が生成し、これが分解して$CO_2$が発生します。

$CaCO_3 + 2HCl$ → $CaCl_2 + H_2O + CO_2$

ホタル石($CaF$)(固)に濃硫酸を加えて加熱して発生させます。

$HF$は揮発性の酸で、$H_2SO_4$は不揮発性の酸です。
より、水がほとんどない状態で両者を混ぜて加熱すると、次の揮発性遊離反応が起きて、HFが生成します。

$CaF_2 + H_2SO_4$ → $CaSO_4 + 2HF$

初版:2022/11/8

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