気体の発生方法

気体の発生方法に関して、中性気体・酸性気体・塩基性気体に分けてそれぞれ個別に確認していこう。


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中性気体

中性気体は水に溶けにくいため「水上置換法」で捕集する。

一酸化炭素CO

【脱水】ギ酸HCOOHに濃硫酸を加えて加熱する。
\[
HCOOH → CO↑ + H_{2}O
\]

一酸化窒素NO

【酸化還元】 イオン化傾向がH2よりも小さい金属(銅Cuや銀Agなど)を希硝酸HNO3で酸化する。
\[
3Cu + 8HNO_{3} → 3Cu(NO_{3})_{2} + 2NO↑ + 4H_{2}O\\
3Ag + 4HNO_{3} → 3AgNO_{3} + NO↑ + 2H_{2}O
\]

水素H2

【酸化還元】イオン化傾向がH2より大きな金属(亜鉛Znなど)を希硫酸H2SO4やHClと反応させる。
\[
Zn + H_{2}SO_{4} → ZnSO_{4} + H_{2}↑
\]

酸素O2

過酸化水素H2O2や塩素酸カリウムKClO3などの酸化物を分解する。(触媒として酸化マンガンMnO2を用いる)
\[
2H_{2}O_{2} → O_{2}↑ + 2H_{2}O\\
2KClO_{3} → 3O_{2}↑ + 2KCl
\]

オゾンO3

酸素O2の無声放電または紫外線照射で得られる。
\[
3O_{2} ⇄ 2O_{3}
\]

窒素N2

亜硝酸アンモニウムNH4NO2を熱分解する。
\[
NH_{4}NO_{2} → N_{2}↑ +2H_{2}O
\]

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酸性気体

酸性気体は水に溶けやすく空気より重いので「下方置換法」で捕集する。

二酸化炭素CO2

【弱酸遊離】炭酸イオンCO32-を含む塩(炭酸カルシウムCaCO3など)に強酸を加える。
\[
CaCO_{3} + 2HCl → CaCl_{2} + CO_{2}↑ + H_{2}O
\]

二酸化窒素NO2

【酸化還元】イオン化傾向がH2よりも小さい金属(銅Cuや銀Agなど)を濃硝酸HNO3で酸化する。
\[
Cu + 4HNO_{3} → Cu(NO_{3})_{2} + 2NO_{2}↑ + 2H_{2}O\\
Ag + 2HNO_{3} → AgNO_{3} + NO_{2}↑ + H_{2}O
\]

二酸化硫黄SO2

方法① 酸化還元

イオン化傾向がH2よりも小さい金属(銅Cuや銀Agなど)を熱濃硫酸H2SO4で酸化する。
\[
Cu + 2H_{2}SO_{4} → CuSO_{4} + SO_{2}↑ + 2H_{2}O\\
2Ag + 2H_{2}SO_{4} → Ag_{2}SO_{4} + SO_{2}↑ + 2H_{2}O
\]

方法② 弱酸遊離

亜硫酸イオンSO32-を含む塩に強酸を加える。
\[
Na_{2}SO_{3} + H_{2}SO_{4} → Na_{2}SO_{4} + SO_{2}↑ + H_{2}O
\]

硫化水素H2S

【弱酸遊離】硫化物イオンS2-を含む塩に強酸を加える。
\[
FeS + 2HCl → FeCl_{2} + H_{2}S↑\\
FeS + H_{2}SO_{4} → FeSO_{4} + H_{2}S↑
\]

塩素Cl2

方法① 酸化還元

酸化マンガンMnO2に濃塩酸HClを加えて加熱する。
\[
MnO_{2} + 4HCl → MnCl_{2} + Cl_{2}↑ + 2H_{2}O
\]

方法② 弱酸遊離

さらし粉CaCl(ClO)・H2Oに希塩酸HClを加える。
\[
CaCl(ClO)・H_{2}O + 2HCl → CaCl_{2} + Cl_{2}↑ + 2H_{2}O
\]

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塩化水素HCl

【揮発酸遊離】塩化ナトリウムNaClに濃硫酸H2SO4を加えて加熱する。
\[
NaCl + H_{2}SO_{4} → NaHSO_{4} +HCl
\]

フッ化水素HF

【揮発酸遊離】フッ化カルシウムCaF2(ホタル石)に濃硫酸H2SO4を加えて加熱する。
\[
CaF_{2} + H_{2}SO_{4} → CaSO_{4} + 2HF↑
\]

塩基性気体

塩基性気体は水に溶けやすく空気より軽いので「上方置換法」で捕集する。

アンモニアNH3

【弱塩基遊離】塩化アンモニウムNH4Clに水酸化カルシウムCa(OH)2を加えて加熱する。
\[
2NH_{4}Cl + Ca(OH)_{2} → CaCl_{2} + 2NH_{3}↑ + 2H_{2}O
\]

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