【9】無機物質【化学解説】

無機物質カリキュラム

この記事では、化学「無機化学」の解説をしていきます。

この項のポイントは以下の3つです。

ポイント
  • 周期表でイメージ
  • とにかく暗記
  • 生産方法の整理

「無機化学」は、化学の9つめの章です。暗記ばかりなので、努力次第で100点が目指せる分野。

しっかり勉強していきましょう。

この単元をマスターすれば、化学分野の大きな武器になること間違いなし!

なお、前の章はこちらから飛べます。

周期表でイメージ

この項目を勉強する意味は「膨大な暗記量の無機化学分野で、上手に覚えることで労力を減らし、点数を上げる」です。

勉強していきましょう!

 

まず最初に、無機化学を勉強するにおいて「教科書が最強」で、教科書の内容を丸暗記すれば、満点獲得も十分にありえます。

まずは、周期表をうまく使って覚えていきましょう!

覚えるべき周期表

覚えておくべき元素は、以下の通り。

  • 1Hから36Krまで
  • アルカリ金属・アルカリ土類金属・ハロゲン・貴ガス

銅や銀も入試には頻出ですが、周期表の場所を覚える必要はないでしょう。

とにかく暗記

無機化学は「とにかく暗記の分野なので、勉強量が点数に直結します。やれば誰でもできる。」という分野です。

ここでは、特に覚えにくいもの、間違いやすい箇所をピックアップします。

頑張っていきましょう!

ハロゲン

ハロゲンは17族に属する元素「 F・Cl・Br・I」で、一価の陰イオンになりやすい。

フッ化水素

フッ化水素は下の化学反応式のようにガラスを溶解します。

SiO2+6HF → H2SiF6+2H2O(H2SiF6はヘキサフルオルケイ酸)

保存にはポリエチレンの容器が用いられます。

 

製造方法は以下の通り。蛍石(フッ化カルシウム)に濃硫酸を加えます。

CaF2+H2SO4 → CaSO4 + 2HF

 

また、フッ化水素は水素結合を形成しているので、他のハロゲン化合物と比較して沸点が高いのが特徴。

フッ化水素の沸点は20℃、次いででヨウ化水素の-35℃です。

フッ化水素の特徴
  • ガラスを溶かす
  • 蛍石(フッ化カルシウム)に濃硫酸を加えて生産
  • 水素結合をしているため、他のハロゲン化合物と比較して沸点が高い
テッド
テッド

ガラス・蛍石という文字が見えたら、フッ化水素の問題を疑おう。

ハロゲンの塩の溶解度

ハロゲンの塩は水に溶けやすいものが多いが、銀との塩は注意。

AgF以外はハロゲン化銀にはほとんど溶けません。

AgFは溶けるので透明ですが、 AgCl(), AgBr(淡黄), AgI()といった沈殿ができます。

テッド
テッド

ハロゲン化銀は、周期表の上から順に「透明・淡黄」だと覚えれば覚えやすいね。

二酸化炭素

二酸化炭素はかなり頻出。特に石灰水を白濁させる効果は化学反応式も書けるようにしよう。

工業的には、石灰石(炭酸カルシウム)を強く熱して得ます。

CaCO3→CaO+CO2

実験室では、石灰石や大理石に希塩酸を加えて発生させ、下方置換で捕集します。

強熱する必要がないので楽です。

CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2

補足
  • 工業的製法:安価で大量に作る方法
  • 実験室的製法:少量を簡単に作る方法

二酸化炭素は水に少しだけ溶けて、水溶液は酸性になります。

 

そして、水酸化ナトリウム水溶液には吸収されて、炭酸ナトリウム(洗剤などに使用)を生じます。

2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O

石灰水(水酸化ナトリウムの水溶液)に吸収されて、炭酸カルシウムを生じて石灰水を白濁させる。

Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O

銀の沈殿は何色もあるので、しっかり覚えておきましょう。

銀の化合物
  • Ag+:無色
  • AgO2褐色
    →NH3を過剰に入れると[Ag(NH3)2]:無色
  • Ag2S:黒
  • AgCl:
  • AgBr:淡黄
  • AgI:
    →ハロゲン化銀に光を当てるとAgが遊離する

クロム

クロム酸カリウムK2CrO4(黄色)は、水に溶けてクロム酸イオンCrO42-を含む黄色の水溶液になります。

クロム酸塩やイオンの色も覚えておこう!

クロム酸塩やイオンの色
  • CrO42-黄色
  • CrO42-(二クロム酸イオン)(赤橙
  • Ag2CrO4赤褐色
  • PbCrO4黄色
  • BaCrO4黄色

クロム酸銀が赤褐色、二クロム酸イオンが赤橙で、それ以外は黄色と覚えておきましょう。

生産方法の整理

この項目は「頻出だけど、ややこしいのでできない人が多い。ライバルとの差に直結する」という分野です。

この3種類をしっかり整理して覚えましょう!

化合物の生成方法
  1. ハーバーボッシュ法
  2. オストワルト法
  3. アンモニアソーダ法

ハーバーボッシュ法

ハーバーボッシュ法はアンモニアを合成する方法。

Fe3O4を主成分とした触媒を用いて、圧力をかけながらN2とH2を400〜600℃に加熱して合成します。

ハーバーボッシュ法
N2+3H2⇄ 2NH3(+92kJ)

ポイントは高温高圧で生成するというところ。

発熱反応なので、ルシャトリエの原理より、低温にした方がアンモニアの生成率は上がります。

しかし、反応速度が小さくなり生成に時間がかかるようになるため、400〜600℃で反応させるのが最も効率がいい。

そして、圧力は大きいほどアンモニアの生成率が上がります。

オストワルト法

オストワルト法は硝酸の生成方法。

Ptを触媒として、アンモニアと空気を800〜900℃に加熱し発生する一酸化窒素を用いて、二酸化窒素を経て硝酸を生成します。

オストワルト法
  1. 4NH3+5O2 →4NO+6H2O
  2. 2NO+O2→2NO2
  3. 3NO2+H2O→2HNO3+NO

nn

アンモニアソーダ法(ソルベー法)

アンモニアソーダ法は炭酸ナトリウムの製法。

塩化ナトリウムとアンモニアを使って炭酸水素ナトリウムを生成し、さらに加熱して炭酸ナトリウムを得ます。

テッド
テッド

アンモニアを生成するのはハーバーボッシュ法。
アンモニアソーダ法はアンモニアを使ってソーダ(炭酸ナトリウム)を作る。
紛らわしいね。

アンモニアソーダ法は以下の通り。

アンモニアソーダ法
  1. NaCl+NH3+CO2+H2O→NaHCO3+NH4Cl
  2. 2NaHCO3→Na2CO3+H2O+CO2

この2行で炭酸ナトリウムの生成は完了していますが、2式で出た二酸化炭素は再び1式で使用され、足りない場合は石灰石(炭酸カルシウム)を強く熱して作られます。

CaCO3→CaO+CO2

炭酸カルシウムは、水と反応させて水酸化カルシウムにした後、1式の塩化アンモニウムを使ってアンモニアを生成します。

Ca(OH)2+2NH4Cl+CaCl2+2H2O+2NH3

まとめ

「無機物質」について理解できましたか?

この記事の内容をまとめます。

まとめ
  • 周期表でイメージ:楽するために、整頓して覚えましょう
  • とにかく暗記:勉強すれば、誰でも点数取れます
  • 生産方法の整理:3種類の生成法を整理して覚えましょう

無機物質は誰でも努力次第で点数が取れるので、本当に狙い目な分野です。

絶対取る気持ちで勉強していきましょう!

さて、しっかり理解したら次の単元に進みましょう!

よくわからなかった人は、繰り返し勉強して、堅実に進みましょう!

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