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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。
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。
\[
HCOOH → CO↑ ＋ H_{2}O
\]
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。
\[
3Cu ＋ 8HNO_{3} → 3Cu(NO_{3})_{2} ＋ 2NO↑ ＋ 4H_{2}O\\
3Ag ＋ 4HNO_{3} → 3AgNO_{3} ＋ NO↑ ＋ 2H_{2}O
\]
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。
\[
Zn ＋ H_{2}SO_{4} → ZnSO_{4} ＋ H_{2}↑
\]
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）
\[
2H_{2}O_{2} → O_{2}↑ ＋ 2H_{2}O\\
2KClO_{3} → 3O_{2}↑ ＋ 2KCl
\]
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。
\[
3O_{2} ⇄ 2O_{3}
\]
3O_{2} ⇄ 2O_{3}
\]
窒素N2
亜硝酸アンモニウムNH4NO2を熱分解する。
\[
NH_{4}NO_{2} → N_{2}↑ ＋2H_{2}O
\]
NH_{4}NO_{2} → N_{2}↑ ＋2H_{2}O
\]
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。
\[
CaCO_{3} ＋ 2HCl → CaCl_{2} ＋ CO_{2}↑ ＋ H_{2}O
\]
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。
\[
Cu ＋ 4HNO_{3} → Cu(NO_{3})_{2} ＋ 2NO_{2}↑ ＋ 2H_{2}O\\
Ag ＋ 2HNO_{3} → AgNO_{3} ＋ NO_{2}↑ ＋ H_{2}O
\]
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。
\[
Cu ＋ 2H_{2}SO_{4} → CuSO_{4} ＋ SO_{2}↑ ＋ 2H_{2}O\\
2Ag ＋ 2H_{2}SO_{4} → Ag_{2}SO_{4} ＋ SO_{2}↑ ＋ 2H_{2}O
\]
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。
\[
Na_{2}SO_{3} ＋ H_{2}SO_{4} → Na_{2}SO_{4} ＋ SO_{2}↑ ＋ H_{2}O
\]
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。
\[
FeS ＋ 2HCl → FeCl_{2} ＋ H_{2}S↑\\
FeS ＋ H_{2}SO_{4} → FeSO_{4} ＋ H_{2}S↑
\]
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。
\[
MnO_{2} ＋ 4HCl → MnCl_{2} ＋ Cl_{2}↑ ＋ 2H_{2}O
\]
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。
\[
CaCl(ClO)・H_{2}O ＋ 2HCl → CaCl_{2} ＋ Cl_{2}↑ ＋ 2H_{2}O
\]
CaCl(ClO)・H_{2}O ＋ 2HCl → CaCl_{2} ＋ Cl_{2}↑ ＋ 2H_{2}O
\]
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。
\[
NaCl ＋ H_{2}SO_{4} → NaHSO_{4} ＋HCl
\]
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。
\[
CaF_{2} ＋ H_{2}SO_{4} → CaSO_{4} ＋ 2HF↑
\]
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。
\[
2NH_{4}Cl ＋ Ca(OH)_{2} → CaCl_{2} ＋ 2NH_{3}↑ ＋ 2H_{2}O
\]
2NH_{4}Cl ＋ Ca(OH)_{2} → CaCl_{2} ＋ 2NH_{3}↑ ＋ 2H_{2}O
\]
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