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銅イオンの反応と金属銅の回収実験
1 目的
金属銅を溶解させて、銅イオンの反応と色の変化を確認する。また、銅イオンを還元して金属銅を回収する。
2 準備
器具 | 試験管(大)1本、試験管(小)7本、試験管立て、漏斗、ろ紙、漏斗台、ガスバーナー、300mlビーカー、薬さじ、駒込ピペット |
薬品 | 銅粉末、濃塩酸、3%過酸化水素水、濃アンモニア水、氷酢酸、ヘキサシアノ鉄(U)酸カリウム水溶液、亜ジチオン酸ナトリウム(Na2S2O4) |
3 方法
(1) 試験管(大)に銅粉末0.6gと濃塩酸5mlと3%過酸化水素水20mlを入れる。反応が鈍いようであればよく振りながら加熱する。
(2) 完全に溶けたら、溶液を7本の試験管(小)にほぼ等量ずつとる。それぞれを試験管A〜Gとする。
(3) 各試験管に以下の操作を行って、それぞれの変化を観察する。
(a) | 試験管B〜Gに水3mlを少しずつ滴下する。 | |
(b) | 試験管Cにヘキサシアノ鉄(U)酸カリウム水溶液を1滴加える。様子を見ながらさらに2,3滴加える。 | |
(c) | 試験管Dに亜ジチオン酸ナトリウム0.5gを加える。 | |
(d) | 試験管E〜Gに濃アンモニア水1mlを少しずつ滴下する。 | |
(e) | 試験管F,Gに濃アンモニア水2mlをさらに滴下する。 | |
(f) | 試験管Gに氷酢酸3mlを加える。 |
(4) 試験管Dを加熱した後、できた沈殿物を溶液が熱いうちにろ過する。
(5) 沈殿物を十分に乾燥させてから、薬さじでこすって金属の色を確認する。
4 結果
それぞれの試験管で生じた結果
試験管A | Bに希釈する前の原液 | [Cu(H2O)4]2+ (Cu2+) |
試験管B | 青色溶液(比較参照溶液) | [Cu(H2O)4]2+ (Cu2+) |
試験管C | 深紅色沈殿 | Cu2[Fe(CN)6] |
試験管D | こげ茶色沈殿 | Cu(金属銅) |
試験管E | 青白沈殿 | Cu(OH)2 |
試験管F | 深青色溶液 | [Cu(NH3)4]2+ |
試験管G | 青色溶液 | [Cu(H2O)4]2+ |
これらの実験から種々の銅(U)イオンの色が確認できる。
写真 試験管Dの沈殿をろ過したもの |
5 留意点
銅粉末が溶けにくいときは、濃塩酸と過酸化水素水を少し加えてもう一度加熱する。
過酸化水素水が濃いと濃塩酸と反応して塩素ガスを発生するので十分注意する。
加熱時の突沸に注意する。
氷酢酸を加えたときにはかなりの発熱がある。
濃塩酸、濃アンモニア水、氷酢酸の取り扱いに注意する。
6 参考
テトラアンミン銅(U)イオンに酢酸を加えるとアンモニアとの中和反応が起こり、次式の平衡が左に移動する。
[Cu(H2O)4]2+ + 4NH3 ⇔ [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O
亜ジチオン酸ナトリウム(Na2S2O4)はハイドロサルファイトナトリウムあるいはヒドロ亜硫酸ナトリウムとも呼ばれ、強い還元剤としてはたらく。手元にない場合は金属亜鉛で代用してもよい。
銅のイオン化傾向は水素よりも小さいので、通常次の平衡は左へ偏っている。
2Cu + 2H+ ⇔ Cu2+ + H2
ところが、過酸化水素が存在する場合には、右辺の水素が酸化されて水になり消費されるために、平衡が右へ移動し、結果として銅が塩酸に溶けることとなる。
7 参考文献
日本化学会編 「実験で学ぶ化学の世界4」 丸善(1996)
日本化学会訳編 「続実験による化学への招待」 丸善(1990)
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