２００４年１１月１１日（木）　04ko2-30　�T実験３０　銅の単体と化合物

今日は，銅の単体と金属銅の実験です。銅は，１１族の遷移元素であり，イオン化傾向が小さいという特徴があります。 　まず，最初に粉末銅から銅（ＩＩ）イオンＣｕ２＋をつくります。

実験３０　銅の単体と化合物 １．粉末銅０．５ｇを５０ｍｌ のビーカーに入れ，６mol/ｌ 硫酸Ｈ２ＳＯ４１０ｍｌ と１０％過酸化水素水Ｈ２Ｏ２５ｍｌ を加え，穏やかに加熱する。粉末銅が残っていれば，さらに少量の過酸化水素水を加える。 　　 ２．粉末銅がなくなり，青色の結晶が現れてくれば，加熱を止める。５０ｍｌ のビーカーを２００ｍｌ のビーカーに入れた氷水につけ，結晶を析出させる。メタノール１０ｍｌ で結晶を洗った後，ろ過する。結晶を取り出して，ろ紙ではさんで水分をとる。

実験結果の確認をしましょう。 　銅を酸化作用のある酸と反応させると，銅（II)イオンになります。Ｃｕ＋Ｈ２Ｏ２＋２Ｈ＋→Ｃｕ２＋＋２Ｈ２Ｏ したがって，生成物は青色の硫酸銅（ＩＩ）五水和物ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏということになりますね。 　硫酸銅（ＩＩ）五水和物ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏは水にはよく溶けますが，メタノールには溶けにくいのですね。

３．青色の結晶を試験管に移し，加熱する。 　　 ４．３の試験管を放冷した後，１ｍｌ の純水を加えて試験管の底に手を触れる。さらに５ｍｌ の純水を加えてよく振り，結晶を溶かす。 ５．４の水溶液に６mol/ｌ 水酸化ナトリウムＮａＯＨ水溶液を数ｍｌ 加え，水酸化銅（II)Ｃｕ（ＯＨ）２の沈殿をつくる。よく混ぜて沈殿が青白色であれば，さらに少量の水酸化ナトリウム水溶液を加えて青色の沈殿にする。

実験結果の確認をしましょう。 青色の硫酸銅（ＩＩ）五水和物ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏを加熱すると，白色の硫酸銅（ＩＩ）ＣｕＳＯ４（無水硫酸銅）に変化します。これに水を加えると，少し発熱しながら硫酸銅（ＩＩ）五水和物ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏになります。しかし，水を多く加えると，水に溶けて青色の銅（ＩＩ）イオンＣｕ２＋になっています。 　銅（ＩＩ）イオンＣｕ２＋に塩基を加えると，水酸化銅（II）Ｃｕ（ＯＨ）２の沈殿ができます。実験では行っていませんが，過剰のアンモニアを加えると，鮮やかな深青色の溶液になります。これは，テトラアンミン銅（II）イオン［Ｃｕ（ＮＨ３）４］２＋という錯イオンができるからです。

６．５の水酸化銅（ＩＩ）Ｃｕ（ＯＨ）２の入った試験管を，穏やかに加熱し，酸化銅（ＩＩ）ＣｕＯに変化させる。 　　 ７．酸化銅（ＩＩ）の入った試験管に６mol/ｌ 硫酸Ｈ２ＳＯ４１０ｍｌ を１〜２ｍｌ 加えて沈殿を溶かす。 ８．７の試験管に鉄釘を入れて，析出する物質，および水溶液の色の変化を観察する。

実験結果の確認をしましょう。 　水酸化銅（ＩＩ）Ｃｕ（ＯＨ）２を加熱します。すると青色の沈殿が，かわいそうに汚い黒色に変化します。これは酸化銅（II）ＣｕＯです。しかし，心配はいりません。酸化銅（II）に希硫酸を加えると，黒い沈殿は消えて，きれいな青色の水溶液に変わりす。きっとこれには感動したでしょう。 　この青色の水溶液には銅イオン（ＩＩ）Ｃｕ２＋が含まれていますから，鉄を入れるとイオン化傾向の違いにより，単体の銅が析出します。 　それでは，考察です。

１．金属銅の変化をまとめると 操作 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 金属銅 イオン 結晶 結晶 イオン 沈殿 沈殿 イオン 化学式 Ｃｕ Ｃｕ２＋ ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ ＣｕＳＯ４ Ｃｕ２＋ Ｃｕ（ＯＨ）２ ＣｕＯ Ｃｕ２＋ 名称 銅 銅（ＩＩ）イオン 硫酸銅（ＩＩ） 五水和物 硫酸銅（ＩＩ） 銅（ＩＩ）イオン 水酸化銅（ＩＩ） 酸化銅（ＩＩ） 銅（ＩＩ）イオン 色 赤銅色 青色 青色 白色 青色 青白色 または青色 黒色 青色 ２．１の反応は 　Ｈ２Ｏ２　＋　２Ｈ＋　＋　２ｅ−　→　２Ｈ２Ｏ 　Ｃｕ　→　Ｃｕ２＋　＋　２ｅ− 　よって， 　Ｃｕ　＋　Ｈ２Ｏ２　＋　２Ｈ＋　→　Ｃｕ２＋　＋　２Ｈ２Ｏ ３．５の沈殿反応は 　Ｃｕ２＋　＋　２ＯＨ−　→　Ｃｕ(ＯＨ)２ ４．６の反応は 　Ｃｕ(ＯＨ)２　→　ＣｕＯ　＋　Ｈ２Ｏ ５．７の反応は 　　ＣｕＯ＋Ｈ２ＳＯ４→ＣｕＳＯ４＋Ｈ２Ｏ ６．８の反応は 　Ｆｅ　→　Ｆｅ２＋　＋　２ｅ−　（酸化された） 　Ｃｕ２＋　＋　２ｅ−　→　Ｃｕ　（還元された） 　よって， 　Ｆｅ　＋　Ｃｕ２＋　→　Ｆｅ２＋　＋　Ｃｕ 　銅の反応をまとめると，次のようになる。

今日の実験のポントは，次の通りです。 １．金属銅に酸化作用のある酸を作用させると，青色の銅（ＩＩ）イオンＣｕ２＋に変化します。 ２．青色の硫酸銅（ＩＩ）五水和物ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏを加熱すると，白色の硫酸銅（ＩＩ）ＣｕＳＯ４に変化ｋします。 ３．白色の硫酸銅（ＩＩ）ＣｕＳＯ４に水を加えると，青色の硫酸銅（ＩＩ）五水和物ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏに戻ります。 ４．青色の硫酸銅（ＩＩ）五水和物ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏの水溶液を加熱すると，黒色の酸化銅（ＩＩ）ＣｕＯに変化します。 ５．黒色の酸化銅（ＩＩ）ＣｕＯに希硫酸を加えると，青色の水溶液に戻ります。これは，硫酸銅（ＩＩ）五水和物ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏの水溶液です。 ６．青色の酸銅（ＩＩ）五水和物ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏの水溶液に鉄を入れると，銅が析出します。