炭素Cの単体・化合物の性質・製法

【プロ講師解説】このページでは『炭素Cの単体・化合物の性質・製法』について解説しています。解説は高校化学・化学基礎を扱うウェブメディア『化学のグルメ』を通じて6年間大学受験に携わるプロの化学講師が執筆します。

炭素の単体

	黒鉛	ダイヤモンド	フラーレン
化学式	C	C	C₆₀,C₇₀（,C₈₀）
色	黒色	無色透明	ー
構造	C原子により形成された６角形の層が分子間力で結合	C原子が四面体の頂点方向に共有結合	C原子がサッカーボール型に結合
性質	やわらかいもろい電気をよく通す金属光沢あり	極めて硬い電気を通さない	ナノテクノロジーに利用

炭素の酸化物（一酸化炭素）

①無色無臭なのにも関わらず有毒
②水に溶けにくく、中性
③還元性がある
④実験室的製法：ギ酸に濃硫酸を加えて加熱する
⑤工業的製法：炭素に水蒸気を反応させる

Point!

①無色無臭なのにも関わらず有毒

一酸化炭素COは、無色無臭で有毒な気体である。
通常、有毒な気体は異臭がしたり、色がついていたりすることが多いので、一酸化炭素の大きな特徴と言える。

※気体の色や匂いについて詳しくは気体の性質（色・臭い・毒性・水溶液の液性など）を参照

②水に溶けにくく、中性

一酸化炭素COは水に溶けにくい中性気体である。

※気体の水溶液の液性について詳しくは気体の性質（色・臭い・毒性・水溶液の液性など）を参照

③還元性がある

一酸化炭素COは還元性をもつ。

\[
Fe_{2}O_{3} + 3CO → 2Fe + 3CO_{2}
\]

この反応はCOによるFe₂O₃の還元である。
COが酸素を受け取ってCO₂に、酸化鉄Fe₂O₃は酸素がとれて（＝還元されて）単体のFeになっている。

④実験室的製法：ギ酸に濃硫酸を加えて加熱する

一酸化炭素COを実験室で作るときには、ギ酸HCOOHに濃硫酸H₂SO₄を加えて加熱する。

\[
HCOOH → CO + H_{2}O
\]

※気体の製法について詳しくは気体の製法（反応式・原理・注意事項など）を参照

⑤工業的製法：炭素に水蒸気を反応させる

一酸化炭素COを工業的に作るときには、炭素Cに水蒸気H₂Oを反応させる。

\[
C + H_{2}O → CO + H_{2}
\]

炭素の酸化物（二酸化炭素）

①無色無臭の気体
②水に溶け、弱酸性を示す
③石灰水を白濁させる
④実験室的製法：炭酸カルシウムに塩酸を加える
⑤工業的製法：炭酸カルシウムを加熱する

Point!

①無色無臭の気体

二酸化炭素CO₂は無色無臭の気体であり、一酸化炭素と異なり毒性はない。

※気体の色や匂い、毒性について詳しくは気体の性質（色・臭い・毒性・水溶液の液性など）を参照

②水に溶け、弱酸性を示す

水に（少しだけ）溶けて、弱酸性を示す。

\[
CO_{2} + H_{2}O → H_{2}CO_{3}
\]

※気体の水溶液の液性について詳しくは気体の性質（色・臭い・毒性・水溶液の液性など）を参照

③石灰水を白濁させる

石灰水（水酸化カルシウムCa(OH)₂の水溶液：詳しくは2族元素（アルカリ土類金属・Mg）の特徴・性質・反応などを参照）に二酸化炭素CO₂を通じると、炭酸カルシウムCaCO₃の沈殿が生成して白濁する。

\[
Ca(OH)_{2}+CO_{2}→CaCO_{3}↓+H_{2}O
\]

ここでさらにCO₂を吹き込むと…

\[
CaCO_{3} + CO_{2} + H_{2}O → Ca(HCO_{3})_{2}
\]

炭酸水素カルシウムCa(HCO₃)₂は水に溶けやすいため、沈殿が溶解する。（＝白濁が消える）

また、白濁が消えた後、水溶液を加熱すると上記の逆反応が進み、CaCO₃の沈殿が生成し、再度白濁する。

\[
Ca(HCO_{3})_{2}→CaCO_{3} + CO_{2} + H_{2}O
\]

これらはCO₂の検出反応として用いられている。

※気体の検出反応について詳しくは気体の検出反応まとめを参照

④実験室的製法：炭酸カルシウムに塩酸を加える

二酸化炭素CO₂を実験室で作る時には、炭酸カルシウムCaCO₃に塩酸HClを加える。

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

この反応は、弱酸遊離反応の一種である。

※弱酸遊離反応について詳しくは【弱酸・弱塩基遊離反応】原理や公式、反応式の作り方などを参照

⑤工業的製法：炭酸カルシウムを加熱する

二酸化炭素CO₂を工業的に作る時には、炭酸カルシウムCaCO₃を加熱する。

\[
CaCO_{3} → CaO + CO_{2}
\]

この反応は、熱分解反応の一種である。

※熱分解反応について詳しくは【熱分解反応】入試頻出3パターンの反応式の作り方などを解説を参照

炭素に関する演習問題

問１

【】に当てはまる用語を答えよ。

炭素の同素体のうち、C原子により形成された6角形の層が分子間力で結合したものを【１】という。【１】は【２】色で【３】を通し【４】光沢がある。

【問１】解答/解説：タップで表示

解答：【１】黒鉛【２】黒【３】電気【４】金属

	黒鉛	ダイヤモンド	フラーレン
化学式	C	C	C₆₀,C₇₀（,C₈₀）
色	黒色	無色透明	ー
構造	C原子により形成された６角形の層が分子間力で結合	C原子が四面体の頂点方向に共有結合	C原子がサッカーボール型に結合
性質	やわらかいもろい電気をよく通す金属光沢あり	極めて硬い電気を通さない	ナノテクノロジーに利用

問２

【】に当てはまる用語を答えよ。

C原子が四面体の頂点方向に共有結合したものを【１】という。【１】は【２】色で【３】は通さない。

【問２】解答/解説：タップで表示

解答：【１】ダイヤモンド【２】無【３】電気

問３

【】に当てはまる用語を答えよ。

C原子がサッカーボール型に結合したものを【１】という。分子式で表すと【２】となり【３】に利用されている。

【問３】解答/解説：タップで表示

解答：【１】フラーレン【２】C₆₀（C₇₀,C₈₀もある）【３】ナノテクノロジー

問４

【】に当てはまる用語を答えよ。

ギ酸HCOOHに濃硫酸H₂SO₄を加えて加熱すると【１】が発生する。

【問４】解答/解説：タップで表示

解答：【１】一酸化炭素（CO）

一酸化炭素COを実験室で作るときには、ギ酸HCOOHに濃硫酸H₂SO₄を加えて加熱する。

\[
HCOOH → CO + H_{2}O
\]

※気体の製法について詳しくは気体の製法（反応式・原理・注意事項など）を参照

問５

【】に当てはまる用語を答えよ。

炭素Cに水蒸気H₂Oを反応させると【１】が発生する。

【問５】解答/解説：タップで表示

解答：【１】一酸化炭素（CO）

一酸化炭素COを工業的に作るときには、炭素Cに水蒸気H₂Oを反応させる。

\[
C + H_{2}O → CO + H_{2}
\]

※気体の製法について詳しくは気体の製法（反応式・原理・注意事項など）を参照

問６

【】に当てはまる用語を答えよ。

一酸化炭素COは【１】で有害な気体である。また一酸化炭素は水に溶けにくい【２】性気体で、【３（酸化or還元）】性をもつ。

【問６】解答/解説：タップで表示

解答：【１】無色無臭【２】中【３】還元

問７

【】に当てはまる用語を答えよ。

炭酸カルシウムCaCO₃に塩酸HClを加えると【１】が発生する。

【問７】解答/解説：タップで表示

解答：【１】二酸化炭素（CO₂）

二酸化炭素CO₂を実験室で作る時には、炭酸カルシウムCaCO₃に塩酸HClを加える。

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

この反応は、弱酸遊離反応の一種である。

※弱酸遊離反応について詳しくは【弱酸・弱塩基遊離反応】原理や公式、反応式の作り方などを参照

問８

【】に当てはまる用語を答えよ。

炭酸カルシウムCaCO₃を加熱すると【１】が発生する。

【問８】解答/解説：タップで表示

解答：【１】二酸化炭素（CO₂）

二酸化炭素CO₂を工業的に作る時には、炭酸カルシウムCaCO₃を加熱する。

\[
CaCO_{3} → CaO + CO_{2}
\]

この反応は、熱分解反応の一種である。

※熱分解反応について詳しくは【熱分解反応】入試頻出3パターンの反応式の作り方などを解説を参照

問９

【】に当てはまる用語を答えよ。

二酸化炭素（CO₂）は【１】の気体であり、毒性はない。また、水に少し溶けて【２】性を示す。さらに、【３】を白濁させるという性質をもつ。白濁の原因はCO₂と水が反応してできる【４】であり、過剰のCO₂を吹き込むと再び溶解する。

【問９】解答/解説：タップで表示

解答：【１】無色無臭【２】弱酸【３】石灰水（Ca(OH)₂水溶液）【４】CaCO₃

炭素Cの単体・化合物の性質・製法

炭素の単体

炭素の酸化物（一酸化炭素）

①無色無臭なのにも関わらず有毒

②水に溶けにくく、中性

③還元性がある

④実験室的製法：ギ酸に濃硫酸を加えて加熱する

⑤工業的製法：炭素に水蒸気を反応させる

炭素の酸化物（二酸化炭素）

①無色無臭の気体

②水に溶け、弱酸性を示す

③石灰水を白濁させる

④実験室的製法：炭酸カルシウムに塩酸を加える

⑤工業的製法：炭酸カルシウムを加熱する

炭素に関する演習問題

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