鉄は身近な金属で，私たちの生活になくてはならないものです。しかし，鉄イオンには主に２価と３価があり，あまり簡単な金属とはいえません。
今日の実験のポイントは２つです。まず鉄（II）イオンと鉄（III）イオンの区別ができること，もちろん化学的にです。それから，鉄と酸との反応を理解すること，特に塩酸，硝酸との反応です。
２００４年１１月４日（木） 04ko2-28 Ⅰ実験３１ 鉄イオンの反応と鉄の腐食
| 鉄は身近な金属で，私たちの生活になくてはならないものです。しかし，鉄イオンには主に２価と３価があり，あまり簡単な金属とはいえません。 今日の実験のポイントは２つです。まず鉄（II）イオンと鉄（III）イオンの区別ができること，もちろん化学的にです。それから，鉄と酸との反応を理解すること，特に塩酸，硝酸との反応です。 |
 実験３１ 鉄イオンの反応と鉄の腐食 ＜鉄（II）イオンの反応＞ １．硫酸鉄（ＩＩ）七水和物ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏまたは硫酸鉄（II）アンモニウム（モール塩）ＦｅＳＯ４（NH４）２ＳＯ４・６Ｈ２Ｏを試験管に小さじ１杯とり，純水１２ｍｌ に溶かし，６等分する。 ２．それぞれに水酸化ナトリウム水溶液，アンモニア水，ヘキサシアノ鉄（II）酸カリウム水溶液，ヘキサシアノ鉄（III）酸カリウム水溶液，チオシアン酸カリウム水溶液（アンモニア水以外はすべて０．１ｍｏｌ/ｌ ,アンモニア水は１ｍｏｌ/ｌ )を少量加える。 ＜鉄（III）イオンの反応＞ ３．７本の試験管に０．１ｍｏｌ/ｌ 塩化鉄（III）水溶液を２ｍｌ ずつとり，それぞれに水酸化ナトリウム水溶液，アンモニア水，ヘキサシアノ鉄（II）酸カリウム水溶液，ヘキサシアノ鉄（III）酸カリウム水溶液，チオシアン酸カリウム水溶液，（アンモニア水以外はすべて０．１ｍｏｌ/ｌ ,アンモニア水は１ｍｏｌ/ｌ )を少量加える。
 |
| 鉄（II）イオンは酸化されやすいので，この実験では硫酸鉄（ＩＩ）七水和物ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏまたはモール塩ＦｅＳＯ４(ＮＨ４)２ＳＯ４・６Ｈ２Ｏを用い，実験の直前に水溶液にします。 まず，鉄（II）イオンを含んだ水溶液の色と，鉄（III）イオンを含んだ水溶液の色の違いを確認して下さい。この色で，鉄イオンのどちらであるかを，ある程度判断することができます。 鉄（II）イオンと塩基との反応で，水酸化鉄（II）の沈殿ができます。 Ｆｅ２＋ ＋ ２ＯＨ－ → Ｆｅ(ＯＨ)２↓ また，鉄（III）イオンと塩基との反応で，水酸化鉄（III）の沈殿ができます。 Ｆｅ３＋ ＋ ３ＯＨ－ → Ｆｅ(ＯＨ)３↓ 水酸化鉄（II）と水酸化鉄（III)の色の違いに注意して下さい。  鉄（II）イオンとヘキサシアノ鉄（II）酸カリウムとの反応では，白色沈殿ができると教科書には記載されています。しかし，実際には青白色沈殿がみられます。これは，２価の鉄イオンの一部が空気酸化により３価になったためと考えることができます。  溶液の色と沈殿の有無
|
＜鉄と酸・塩基との反応＞ ４．６ｍｏｌ/ｌ 塩酸，６ｍｏｌ/ｌ 硝酸，1ｍｏｌ/ｌ 水酸化ナトリウム水溶液３ｍｌ に，それぞれ鉄片を加える。反応が遅いときには緩やかに加熱する。 ５．４で変化のあった溶液を，それぞれ２等分し，一方に ヘキサシアノ鉄（II）酸カリウム水溶液を，他方にヘキサシアノ鉄（III）酸カリウムを少量加える。
|
| 鉄は塩酸と硝酸に溶けました。ただし，鉄は濃硝酸には溶けないことは知っていますね。不動態になるからです。 鉄が塩酸や硝酸に溶けると，どのようなイオンになっているのでしょうか。 塩酸に溶けたときは，溶液にＫ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］ａｑを加えると，青白色沈殿がみられ，Ｋ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］ａｑを加えると，濃青色沈殿がみられます。このことより，溶液中に存在しているイオンは，鉄（II）イオンであることがわかります。 硝酸に溶けたときは，溶液にＫ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］ａｑを加えると，濃青色沈殿がみられ，Ｋ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］ａｑを加えると，濃青色沈殿がみられます。これはおかしいですね。もし鉄（III）イオンであるなら，Ｋ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］ａｑを加えたときは褐色溶液になるはずです。この結果では，鉄（III）イオンではないし，もちろん鉄（II）イオンでもありません。  ではどう考えたらよいのでしょうか。もし，鉄（II）イオンと鉄（III）イオンが混ざっていたらどうなるでしょう。硝酸との反応では，まず鉄（II）イオンができると考えられます。しかし，硝酸は酸化作用のある酸です。できた鉄（II）イオンは，さらに酸化されて鉄（III）イオンになるのです。でも，どうやらすべてが鉄（III）イオンにはなっているわけではないようですね。 鉄と酸・塩基の反応
それでは，考察に移りましょう。 |
 １ 塩基との反応は Ｆｅ２＋＋２ＯＨ－→Ｆｅ（ＯＨ）２↓ Ｆｅ３＋＋３ＯＨ－→Ｆｅ（ＯＨ）３↓ ２ 鉄と塩酸の反応は Ｆｅ＋２ＨＣｌ→ＦｅＣｌ２＋Ｈ２↑ ３ 鉄と塩酸，硝酸との反応の違いは ＨＣｌ…Ｆｅ２＋（＋２価） ＮＨＯ３…Ｆｅ２＋（＋２価）とＦｅ３＋（＋３価） まず，Ｆｅ２＋ができ，それが酸化されてＦｅ３＋になる。硝酸には酸化作用があるから。 ４ 希硝酸ではなく，濃硝酸に鉄を入れると 鉄は不動態をつくるため，濃硝酸には溶けない。  |
今日の実験は，いろいろな色の沈殿がみられて楽しかったですね。実は，鉄は遷移元素です。遷移元素の化合物は有色のものが多いのです。また，遷移元素は，複数の酸化数を示すことが多いのです。鉄はなかなか奥が深そうですね。 今日の実験のポイントは，次の通りです。 １．塩基との反応では，Ｆｅ２＋は水酸化鉄（II)鉄Ｆｅ(ＯＨ）２の緑白色沈殿，Ｆｅ３＋は水酸化鉄（ＩＩＩ）鉄Ｆｅ（ＯＨ）３の赤褐色沈殿を生じます。 ２．ヘキサシアノ鉄（II）酸カリウムＫ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］との反応では，Ｆｅ３＋は濃青色沈殿（紺青）を生じます。 ３．ヘキサシアノ鉄（III）酸カリウムＫ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］との反応では，Ｆｅ２＋は濃青色沈殿（ターンブル青）を生じます。 ４．チオシアン酸カリウムＫＳＣＮとの反応では，Ｆｅ３＋は血赤色溶液となります。 ５．鉄と塩酸との反応では，２価の鉄イオンＦｅ２＋ができます。鉄と希硝酸との反応では，２価の鉄イオンＦｅ２＋と３価の鉄イオンＦｅ３＋の両方ができます。硝酸には酸化作用があるためです。 |