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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(Ⅱ)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(Ⅱ)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(Ⅱ)イオンの色が確認できる。
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| 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(Ⅱ)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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