気体の製法(反応式・原理・注意事項など)

はじめに

気体の製法に関してまとまった知識をもっている高校生は意外と少ない。このページでは入試で頻出の気体の製法に関して一覧で紹介していく。ぜひこの機会に気体の製法をマスターして他の受験生と差をつけよう!


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中性気体の製法

一酸化炭素CO

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

※濃硫酸は脱水作用があるためギ酸から水分子H2Oが引き抜かれる。

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
\[
3Cu + 8HNO_{3} → 3Cu(NO_{3})_{2} + 2NO↑ + 4H_{2}O\\
3Ag + 4HNO_{3} → 3AgNO_{3} + NO↑ + 2H_{2}O
\]

※銅や銀は金属元素の単体なので還元剤、希硝酸は代表的な酸化剤である。したがって酸化還元反応が起こる。

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。
\[
Zn + H_{2}SO_{4} → ZnSO_{4} + H_{2}↑
\]

※イオン化傾向がH2より大きな金属と希酸を反応させるとH2が発生する。詳しくはイオン化傾向とは?定義から反応のしやすさとの関わりまで徹底解説!を参照。

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)
\[
2H_{2}O_{2} → O_{2}↑ + 2H_{2}O\\
2KClO_{3} → 3O_{2}↑ + 2KCl
\]

※これらの反応は自己酸化還元反応の一種である。
※どちらの反応も触媒として酸化マンガン(Ⅳ)が必要
※試薬が固体だけの場合は加熱しないと反応が進みにくいため、下のKClO3を用いる場合は加熱が必要

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。
\[
3O_{2} ⇄ 2O_{3}
\]

※無声放電とは音を発しない放電の総称である。

窒素N2

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

酸性気体

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。
\[
CaCO_{3} + 2HCl → CaCl_{2} + CO_{2}↑ + H_{2}O
\]

弱酸遊離反応について詳しくは【原理】弱酸・弱塩基遊離反応の仕組みや公式、反応式の作り方を解説!を確認しよう。

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。
\[
Na_{2}SO_{3} + H_{2}SO_{4} → Na_{2}SO_{4} + SO_{2}↑ + H_{2}O
\]

弱酸遊離反応について詳しくは【原理】弱酸・弱塩基遊離反応の仕組みや公式、反応式の作り方を解説!を確認しよう。

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。
\[
FeS + 2HCl → FeCl_{2} + H_{2}S↑\\
FeS + H_{2}SO_{4} → FeSO_{4} + H_{2}S↑
\]

弱酸遊離反応について詳しくは【原理】弱酸・弱塩基遊離反応の仕組みや公式、反応式の作り方を解説!を確認しよう。

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。
\[
CaCl(ClO)・H_{2}O + 2HCl → CaCl_{2} + Cl_{2}↑ + 2H_{2}O
\]

弱酸遊離反応について詳しくは【原理】弱酸・弱塩基遊離反応の仕組みや公式、反応式の作り方を解説!を確認しよう。

PLUS+

さらし粉は塩化物イオンClと次亜塩素酸イオンClOの2種類の陰イオンを含んでいる。このように2種類以上の陽イオン又は陰イオンを含む塩を複塩という。

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。
\[
NaCl + H_{2}SO_{4} → NaHSO_{4} +HCl
\]

揮発性酸遊離反応について詳しくは揮発性酸遊離反応とは?原理や疑問点を具体例を使って解説!を確認しよう。

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。
\[
CaF_{2} + H_{2}SO_{4} → CaSO_{4} + 2HF↑
\]

揮発性酸遊離反応について詳しくは揮発性酸遊離反応とは?原理や疑問点を具体例を使って解説!を確認しよう。

塩基性気体

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。
\[
2NH_{4}Cl + Ca(OH)_{2} → CaCl_{2} + 2NH_{3}↑ + 2H_{2}O
\]

弱塩基遊離反応について詳しくは【原理】弱酸・弱塩基遊離反応の仕組みや公式、反応式の作り方を解説!を確認しよう。


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