無機物質(知識)の問題
、、、 の 4 種類の金属イオンを含む水溶液がある。この水溶液に対して、次の操作 〜 を順に行った。
アンモニア水を過剰に加えたところ沈殿が生じたので、これをろ過して沈殿とろ液に分けた。このとき得られた沈殿は a である。
のろ液に硫化水素を通じたところ白色の沈殿が生じたので、これをろ過して除いた。
のろ液に炭酸アンモニウム水溶液を加えたところ白色の沈殿が生じたので、これをろ過して除いた。残ったろ液を白金線につけてガスバーナーの外炎に入れると、炎は b を示した。
空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次の表のア〜カのうちから 1 つ選べ。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 水酸化アルミニウム | 黄色 |
| イ | 水酸化アルミニウム | 赤紫色 |
| ウ | 水酸化アルミニウム | 黄緑色 |
| エ | 水酸化亜鉛 | 黄色 |
| オ | 水酸化亜鉛 | 赤紫色 |
| カ | 水酸化亜鉛 | 黄緑色 |
この問題で使うもの
- 金属イオンの系統分離(説明と入口の問題)
- 金属イオンの沈殿反応(説明と入口の問題)
- 錯イオン(説明と入口の問題)
- アルカリ金属・アルカリ土類金属と炎色反応(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(26 技能)
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- 錯イオン
- アルカリ金属・アルカリ土類金属と炎色反応
- 金属イオンの沈殿反応
- 金属イオンの系統分離
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
アンモニア水・硫化水素・炭酸アンモニウムでそれぞれどのイオンが沈殿するかを、順に追っていこう。
ヒント 2
水酸化アルミニウムと水酸化亜鉛のうち、過剰のアンモニア水に錯イオンをつくって溶けるのはどちらかがポイント。また、炭酸アンモニウムで沈殿するのは 2 族のイオンである。
ヒント 3
操作 で が炭酸塩として除かれると、ろ液に残る金属イオンは 1 種類だけになる。そのイオンの炎色反応の色を考えればよい。
答えと解説
答えを見る
イ
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解説を読む
空欄 a: アンモニア水を加えると、 と はどちらも白色の水酸化物の沈殿をつくる。
しかし、アンモニア水を過剰に加えると、水酸化亜鉛はテトラアンミン亜鉛(II)イオンをつくって溶ける。
水酸化アルミニウムは過剰のアンモニア水には溶けない(過剰の水酸化ナトリウム水溶液には溶けるが、アンモニア水では錯イオンをつくらない)。したがって、沈殿として残るのは水酸化アルミニウムである。 と はアンモニア水では沈殿しない。
操作 : ろ液は塩基性で、亜鉛は として含まれている。硫化水素を通じると白色の硫化亜鉛 が沈殿する(亜鉛は中性〜塩基性で硫化物が沈殿する)。 と の硫化物は沈殿しない。
空欄 b: 炭酸アンモニウム水溶液を加えると、 が白色の炭酸バリウムとして沈殿する。
残ったろ液に含まれる金属イオンは だけなので、炎色反応はカリウムの赤紫色を示す。
よって、a は水酸化アルミニウム、b は赤紫色であり、答えはイである。
正解でない組み合わせについて:
- a を水酸化亜鉛とするもの(エ・オ・カ)は誤り。水酸化亜鉛は過剰のアンモニア水に溶けるので沈殿として残らない。
- b を黄色とするもの(ア・エ)は誤り。黄色はナトリウムの炎色反応で、この水溶液には は含まれていない(操作でも加えていない)。
- b を黄緑色とするもの(ウ・カ)は誤り。黄緑色はバリウムの炎色反応だが、バリウムは操作 で炭酸バリウムとして除かれている。
別解
(1) アンモニア水を過剰に加える。Al3+ は Al(OH)3(白色ゲル状沈殿)となり、過剰のアンモニア水には溶けない。Zn2+ は一度 Zn(OH)2 になるが、過剰のアンモニア水に をつくって溶ける。Ba2+, K+ は沈殿しない。よって沈殿 a は水酸化アルミニウム Al(OH)3 で、ろ液には , Ba2+, K+ が残る。
(2) ろ液はアルカリ性(塩基性)なので、硫化水素を通じると ZnS の白色沈殿が生じる。ろ液には Ba2+, K+ が残る。
(3) 炭酸アンモニウム水溶液を加えると BaCO3 の白色沈殿が生じ、除かれる。残るのは K+ で、炎色反応は赤紫色。b は赤紫色(黄色は Na+、黄緑色は Ba2+ の炎色)。
よって a は水酸化アルミニウム、b は赤紫色。表ではイ。