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無機物質(知識)の問題

難易度 4国公立二次の標準レベル高校化学 無機物質(知識)

次の文を読み、気体 X の物質名を答えよ。

鉄粉と硫黄の粉末の混合物を加熱して得られる黒色の化合物に、希硫酸を加えると気体 X が発生する。X は無色で特有の腐卵臭をもつ有毒な気体で、空気より重く水に溶けるため、下方置換で捕集する。X を乾燥させるとき、濃硫酸は X を酸化してしまうため用いることができない。X の水溶液に二酸化硫黄を通じると、水溶液が白く濁る。また、X は湿らせた酢酸鉛(II)紙を黒変させる。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(35 技能)
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  1. 原子・分子と化学式
  2. 実験器具の使い方と安全
  3. 気体の発生方法・性質・集め方
  4. 分解と化合(化学変化の種類)
  5. 酸化と還元
  6. イオンと電離・電解質
  7. 酸化・還元の定義
  8. 酸化数と酸化・還元の判定
  9. 酸化剤と還元剤
  10. 酸化剤にも還元剤にもなる物質
  11. 純物質と混合物・単体と化合物・同素体
  12. 酸素・硫黄とその化合物
  13. 原子の構造と同位体
  14. 電子配置と価電子
  15. 周期表と周期律
  16. ハロゲンと貴ガス
  17. 力の種類とはたらき
  18. 静電気・放電と電子
  19. 化学電池と金属のイオンへのなりやすさ
  20. 金属のイオン化傾向と水・酸との反応
  21. 酸化力のある酸と不動態
  22. 窒素・リンとその化合物
  23. イオン化エネルギー・電子親和力・電気陰性度
  24. イオン結合と金属結合
  25. 共有結合と配位結合
  26. 分子の形と極性
  27. 分子間力と沸点
  28. 結晶の種類と性質
  29. 炭素・ケイ素とその化合物
  30. 酸・アルカリと中和・指示薬
  31. アレニウスとブレンステッド・ローリーの酸・塩基の定義
  32. 酸・塩基の価数・強弱と電離度
  33. 弱酸の遊離・揮発性の酸の遊離
  34. 原子量・分子量・式量
  35. 気体の製法・捕集方法・乾燥剤

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

発生方法(弱酸の塩に強酸を加える反応)と、においや検出反応などの性質から気体を特定しよう。

ヒント 2

鉄と硫黄を加熱してできる黒色の化合物は硫化鉄(II)である。これに希硫酸を加えると、弱酸が遊離する。

ヒント 3

酢酸鉛(II)紙を黒変させるのは、硫黄を含む気体が鉛(II)イオンと黒色の沈殿をつくるからである。二酸化硫黄との反応で析出する白濁の正体(単体の硫黄)もあわせて考えよう。

答えと解説

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硫化水素

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解説を読む

鉄と硫黄を加熱すると硫化鉄(II) (黒色)が得られる。これに希硫酸を加えると、弱酸の塩と強酸の反応により

となり、硫化水素 が発生する。

各記述の確認:
- 硫化水素は無色・腐卵臭・有毒の気体である。分子量 で空気(平均分子量約 )より重く、水に溶けるので下方置換で捕集する。
- 硫化水素は還元性が強いため、酸化力のある濃硫酸で乾燥させることはできない(塩化カルシウムなどを用いる)。
- 二酸化硫黄と反応すると、硫化水素が還元剤、二酸化硫黄が酸化剤としてはたらき、 により硫黄が析出して白濁する。
- 酢酸鉛(II)と反応して黒色の硫化鉛(II) を生じるので、酢酸鉛(II)紙が黒変する。これは硫化水素の検出法として用いられる。

似た気体との違い: 二酸化硫黄 も無色・刺激臭・有毒で下方置換で捕集するが、腐卵臭ではなく、酢酸鉛(II)紙を黒変させない。また、二酸化硫黄は濃硫酸で乾燥できる。

別解

鉄と硫黄の混合物を加熱すると黒色の硫化鉄(II) FeS が得られる。FeS に希硫酸を加えると の反応で硫化水素が発生する。硫化水素は無色で腐卵臭をもつ有毒な気体で、空気より重く(分子量34)水に溶けるので下方置換で捕集する。還元性があるため濃硫酸で酸化されてしまい、乾燥には使えない。二酸化硫黄と反応すると で硫黄が生じて白濁する。また酢酸鉛(II)紙は PbS が生じて黒変する。以上すべてに合うので X は硫化水素。

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