硫酸銅五水和物とは?化学式や構造式、頻出問題の解法まで完全解説!

はじめに

硫酸銅五水和物が絡んだ問題は大学入試で超頻出にも関わらず、苦手とする受験生が多い。このページでは、硫酸銅五水和物の化学式や構造式の紹介から、入試頻出問題の解法まで一から丁寧に解説していく。ぜひこの機会に硫酸銅五水和物をマスターして他の受験生と差をつけよう。

ちなみに、【図解】水和・水和物とは?原理や仕組みなどを例を用いて解説!をまだ読んでいない人はこちらを先に読んだ方が理解しやすいかも!


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硫酸銅五水和物とは

硫酸銅(Ⅱ)水溶液を冷却して得られる結晶は、CuSO4:H2O=1:5の物質量比からなる結晶で、この結晶を硫酸銅五水和物といい、化学式は次のようになる。

\[
CuSO_{4}・5H_{2}O
\]

硫酸銅五水和物の構造は次のようになっている。

4つの水分子が銅イオンCu2+配位結合、1つの水分子が酸素原子Oと水素結合した形になっているのが理解できるね。


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硫酸銅五水和物が絡んだ入試問題

【理論】固体の溶解度絡みの問題

問題

(1)硫酸銅(Ⅱ)五水和物100g中に含まれる硫酸銅(Ⅱ)は何gか。
(2)80℃の硫酸銅(Ⅱ)飽和水溶液100gを20℃まで冷却すると、硫酸銅(Ⅱ)五水和物の結晶が析出した。この結晶の質量は何gか。ただし、硫酸銅(Ⅱ)の溶解度は20℃で20、80℃で56とする。

(1)
硫酸銅(Ⅱ)五水和物の化学式はCuSO4・5H2O。従って、硫酸銅(Ⅱ)五水和物の式量は以下のように求められる。

\[
\underbrace{
\underbrace{ CuSO_{4} }
_{ \text{ 160 }}

\underbrace{ 5H_{2}O }
_{ \text{ 90 }}
}
_{ \text{ 250 }}
\]

Cu,S,Oの原子量はそれぞれ64,32,16なのでCuSO4は160、H,Oの原子量はそれぞれ1,16なので5H2Oは90、これらを足しあわせるとCuSO4・5H2Oの式量は250となる。

硫酸銅(Ⅱ)五水和物100g中に含まれる硫酸銅(Ⅱ)の割合を求めるには、硫酸銅(Ⅱ)五水和物の質量である100gに硫酸銅(Ⅱ)五水和物中に含まれる硫酸銅(Ⅱ)の割合をかけてあげればよい。

\[
100×\frac{ 160 }{ 250 }=64
\]

よって答えは64g

(2)
問題文より、硫酸銅(Ⅱ)の溶解度は80℃で56なので、80℃の飽和水溶液に含まれる硫酸銅の量は…

\[
\begin{align} 溶液:溶質 &=(100+56):56 \\
&= 100:x \end{align} \\
↔︎ x=36(g)
\]

冷却後のCuSO4の質量は、もともとあった36gから沈殿に含まれるCuSO4分の質量を引いた値になっているのがポイント。

以上より、次のような式をたてることができる。

\[
\begin{align} 溶液:溶質 &=(100+20):20 \\
&= (100-y):(36-\frac{ 160 }{ 250 }y) \end{align} \\
↔︎ y≒41(g)
\]

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【無機】硫酸銅五水和物を加熱したときの色変化を答える問題

問題

硫酸銅五水和物の結晶は何色か。また硫酸銅五水和物を十分に加熱したときの色も合わせて答えなさい。

硫酸銅五水和物CuSO4・H2Oは青色である。これを加熱していくと、徐々にH2Oが取れて、最終的に無水和物(無水物)であるCuSO4の白色沈殿となる。


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