無機化学⑤【15族】

【高校化学】15族元素の超重要ポイントまとめ

窒素・リン（15族元素）とその化合物総まとめ

オストワルト法の計算テクニックから同素体の対比まで完全網羅！

こんにちは！今回は無機化学の非金属分野の中でも、入試や模試で非常に差がつきやすい「15族元素（窒素・リンとその化合物）」の重要ポイントを総整理します。オストワルト法・ハーバー・ボッシュ法などの工業的製法から、黄リン/赤リンの対比、過リン酸石灰の生成まで、しっかり理由とセットでマスターしていきましょう！

1. 窒素 (N₂)

空気中に最も多く存在する気体で、非常に安定な性質を持ちます。

• 存在と工業的製法: 空気中に体積比で約8割存在。工業的には液体空気の分留によって得られます。
• 物理的性質: 無色・無臭の気体。水に難溶。
• 化学的性質: 常温で**非常に不活性（反応しにくい）**。分子内に強固な三重結合（N≡N）を持つためです。
• 実験室的製法: 亜硝酸アンモニウム（NH₄NO₂）の熱分解。
  NH₄NO₂ ⟶ N₂↑ + 2H₂O

2. アンモニア (NH₃)

水によく溶けるアルカリ性の気体です。分子間で水素結合を形成する点が大きな特徴です。

• 物理的性質: 無色・刺激臭の気体。水によく溶け弱塩基性。分子間に**水素結合**を作るため高沸点であり、加圧すると容易に液化します。
• 検出反応:
  ① 湿らせた**赤色リトマス紙を青変**させる。
  ② 濃塩酸を近づけると**白煙（塩化アンモニウム NH₄Cl の微粒子）**を生じる。
  NH₃ + HCl ⟶ NH₄Cl

【製法】実験室的製法とハーバー・ボッシュ法

① 実験室的製法：弱塩基の遊離反応

塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混ぜて加熱します。

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ ⟶ CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O

② 工業的製法：ハーバー・ボッシュ法

四酸化三鉄（Fe₃O₄）を触媒とし、「空気からパンを作った」と称される歴史的大発明です。

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃

3. 窒素酸化物（NO と NO₂ の対比）

項目	一酸化窒素 NO	二酸化窒素 NO₂
色・臭い	無色・無臭	赤褐色・刺激臭（有毒）
水への溶解性	難溶（水上置換で捕集）	によく溶ける（強酸性）
生成反応（銅＋硝酸）	銅 ＋ 希硝酸	銅 ＋ 濃硝酸

【重要反応式】銅と硝酸の反応

① 銅と「希硝酸」 ➔ NO が発生

3Cu + 8HNO₃ ⟶ 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

② 銅と「濃硝酸」 ➔ NO₂ が発生

Cu + 4HNO₃ ⟶ Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

4. 硝酸 (HNO₃) とオストワルト法

硝酸は無色で揮発性のある強酸です。光や熱で分解するため**褐色瓶に保存**します。

💡 濃硝酸で「不動態」を形成する金属の覚え方

「手にある黒子(くろこ)プラスチタン」 （Fe, Ni, Al, Cr, Co ＋ Ti）

緻密な酸化被膜ができて内部が保護され、反応が停止します。

【工業的製法】オストワルト法

Ⅰ. アンモニアの空気酸化（触媒：白金 Pt）
4NH₃ + 5O₂ ⟶ 4NO + 6H₂O

Ⅱ. NO の自動酸化
2NO + O₂ ⟶ 2NO₂

Ⅲ. NO₂ を温水に吸収
3NO₂ + H₂O ⟶ 2HNO₃ + NO

🔑 計算問題突破の鍵！

3つの式を合体させた**全体式**を絶対に暗記しておきましょう！

NH₃ + 2O₂ ⟶ HNO₃ + H₂O

「アンモニア 1 mol から硝酸 1 mol ができる（1:1）」という量的関係が一目瞭然になり、計算問題を瞬殺できます！

【実験室的製法】硝酸ナトリウム ＋ 濃硫酸（揮発性の酸の遊離）

NaNO₃ + H₂SO₄ ⟶ NaHSO₄ + HNO₃↑

5. リン (P) とその同素体

自然界ではリン酸塩（リン鉱石）として存在します。

項目	黄リン P₄	赤リン Pₓ
色・状態	淡黄色のろう状固体	暗赤色の粉末
反応性・保存	自然発火する（水中に保存！）	自然発火しない
毒性	猛毒あり	毒性なし
構造・用途	P₄ 正四面体分子（殺鼠剤）	Pₓ 巨大分子（マッチ着火剤・N型半導体）

【参考】リン単体の工業的製法

Ⅰ. Ca₃(PO₄)₂ ⟶ P₄O₁₀ + 6CaO
Ⅱ. CaO + SiO₂ ⟶ CaSiO₃
Ⅲ. P₄O₁₀ + 10C ⟶ P₄ + 10CO
全体： 2Ca₃(PO₄)₂ + 6SiO₂ + 10C ⟶ 6CaSiO₃ + P₄ + 10CO

6. 十酸化四リン (P₄O₁₀) と リン酸 (H₃PO₄)

① 十酸化四リン P₄O₁₀

• 強力な**吸湿性・脱水性**を持ち、乾燥剤として使用されます。
• リンの燃焼： 4P + 5O₂ ⟶ P₄O₁₀
• 温水と反応してリン酸を生成： P₄O₁₀ + 6H₂O ⟶ 4H₃PO₄

② リン酸 H₃PO₄（3価の弱酸）と多段階電離

H₃PO₄ ⇄ H₂PO₄⁻ + H⁺
H₂PO₄⁻ ⇄ HPO₄²⁻ + H⁺
HPO₄²⁻ ⇄ PO₄³⁻ + H⁺

③ リン酸肥料：過リン酸石灰の生成

難溶性のリン酸カルシウムに濃硫酸を反応させ、水に可溶な形に改質します。

Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ ⟶ 2CaSO₄ + Ca(H₂PO₄)₂

※生じた **CaSO₄** と **Ca(H₂PO₄)₂** の混合物を**過リン酸石灰**と呼びます。（Ca(H₂PO₄)₂ が水溶性のため肥料として有効）

✨ 今回のまとめ ✨

オストワルト法は全体式（NH₃ ＋ 2O₂ ➔ HNO₃ ＋ H₂O）！
黄リンは水中保存！過リン酸石灰は CaSO₄ ＋ Ca(H₂PO₄)₂！

15族元素の知識を整理して、丸暗記から脱出しましょう！

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今回の内容は以上です！最後まで読んでいただき、ありがとうございました。

この記事を通して、皆さんの受験化学の『丸暗記からの脱出！』が少しでも進めば嬉しいです。

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丸暗記からの脱出！【第４回 有機化学 ヨードホルム反応】

【丸暗記からの脱出！ 第4回】

有機化学：ヨードホルム反応の反応式まとめ

「置換・中和・脱離」のステップで複雑な反応式を自力導出！

こんにちは、化学マスターです！

化学の勉強をしていると、複雑な化学反応式の「丸暗記」に苦労する場面がありませんか？
このシリーズでは、受験生の皆さんが暗記に苦労しがちな反応式について、仕組みから理解して効率よく導き出せる覚え方を紹介しています。

今回は、有機化学の反応式の中でも皆さんを特に悩ませているであろう**「ヨードホルム反応の反応式」**について解説していきます！

1. アセトアルデヒドのヨードホルム反応

ヨードホルム反応を示す代表例がアセトアルデヒド（CH₃CHO）です。アセトアルデヒドにヨウ素と水酸化ナトリウムを加えて温めたときの化学反応式は次の通りです。

CH₃CHO + 3I₂ + 4NaOH ⟶ CHI₃↓ + HCOONa + 3NaI + 3H₂O

※水酸化ナトリウム存在下の「塩基性条件」で行うことが重要ポイントです！

こんなに複雑な式、まったく丸暗記する気になりませんよね……！
しかし、この反応も多段階のプロセスに分解して理解すると、とてもシンプルに書けるようになります。物質が変わっても応用が利く一生モノの考え方です！

💡 カルボニル化合物（アルデヒド・ケトン）の3ステップ

『 ① 置換 ➔ ② 中和 ➔ ③ 脱離 』 の順に進む！

※高校レベルの化学で理解できるよう概念を簡略化して解説しています。

ステップ①：ヨウ素による「置換」

メチル基（-CH₃）の3つの水素原子が、ヨウ素によって置換されます。この反応により、ヨードホルム（CHI₃）になる土台が作られ、同時に強酸であるヨウ化水素（HI）が生じます。

CH₃CHO + 3I₂ ⟶ CI₃CHO + 3HI ・・・①

ステップ②：強酸の「中和」

実験は塩基性（NaOH 存在下）で行っているため、①で生じた強酸である 3HI が即座に水酸化ナトリウムによって中和されます。

3HI + 3NaOH ⟶ 3NaI + 3H₂O ・・・②

ステップ③：ヨードホルムの「脱離」

①で生じた CI₃CHO に、**さらにもう1分子の NaOH** が加わることで、ヨードホルム（CHI₃）が脱離します。

CI₃CHO + NaOH ⟶ HCOONa + CHI₃↓ ・・・③

※ヨードホルムが取れると炭素数が1減り、カルボン酸（アセトアルデヒドの場合はギ酸）の塩が生じます。

①〜③の式を合体させる！

①〜③の反応式を足し合わせると、中間生成物（CI₃CHO や 3HI）が相殺されて消去され、目的の反応式が完成します！

CH₃CHO + 3I₂ ⟶ CI₃CHO + 3HI ・・・①

3HI + 3NaOH ⟶ 3NaI + 3H₂O ・・・②

＋） CI₃CHO + NaOH ⟶ HCOONa + CHI₃ ・・・③

CH₃CHO + 3I₂ + 4NaOH ⟶ CHI₃↓ + HCOONa + 3NaI + 3H₂O

2. アルコール（エタノール）のヨードホルム反応

続いて、アルコール類であるエタノール（CH₃CH₂OH）のヨードホルム反応について考えてみましょう。

CH₃CH₂OH + 4I₂ + 6NaOH ⟶ CHI₃↓ + HCOONa + 5NaI + 5H₂O

係数が一気に変わり、アセトアルデヒドの時と全く別物に見えますよね。
しかし、アセトアルデヒドの導出過程の前に**「ひと手間（酸化）」**を加えるだけで、簡単に導き出すことができます！

💡 アルコール化合物の4ステップ

『 ⓪ 酸化 ➔ ① 置換 ➔ ② 中和 ➔ ③ 脱離 』

ステップ⓪：ヨウ素による「酸化」

ハロゲンの単体であるヨウ素（I₂）が持つ酸化力によって、エタノールがアセトアルデヒドへ酸化されます。

CH₃CH₂OH + I₂ ⟶ CH₃CHO + 2HI ・・・⓪

※この⓪のステップで 2HI が余分に生じるため、**中和（ステップ②）で必要な NaOH の量が 3分子から 5分子に増える**ことに注意しましょう！

アセトアルデヒド（CH₃CHO）ができあがれば、あとは先ほどと同じ「①置換 ➔ ②中和 ➔ ③脱離」の流れに乗せるだけです！

CH₃CH₂OH + I₂ ⟶ CH₃CHO + 2HI ・・・⓪

CH₃CHO + 3I₂ ⟶ CI₃CHO + 3HI ・・・①

5HI + 5NaOH ⟶ 5NaI + 5H₂O ・・・②

＋） CI₃CHO + NaOH ⟶ HCOONa + CHI₃ ・・・③

CH₃CH₂OH + 4I₂ + 6NaOH ⟶ CHI₃↓ + HCOONa + 5NaI + 5H₂O

3. 実戦演習！アセトンと2-プロパノールの導出

それでは、他の化合物でもこの思考法で導出できるかチャレンジしてみましょう！

📝 【問題】

（1）アセトン CH₃COCH₃ のヨードホルム反応

（2）2-プロパノール CH₃CH(OH)CH₃ のヨードホルム反応

👇 自分の手で紙に書いてから「導出プロセスを見る」をクリック！ 👇

▶ 導出プロセスと解答を見る

（1）アセトン CH₃COCH₃ の場合（ケトン ➔ 3ステップ）

CH₃COCH₃ + 3I₂ ⟶ CI₃COCH₃ + 3HI ・・・①置換

3HI + 3NaOH ⟶ 3NaI + 3H₂O ・・・②中和

＋） CI₃COCH₃ + NaOH ⟶ CH₃COONa + CHI₃ ・・・③脱離

CH₃COCH₃ + 3I₂ + 4NaOH ⟶ CHI₃↓ + CH₃COONa + 3NaI + 3H₂O

（2）2-プロパノール CH₃CH(OH)CH₃ の場合（アルコール ➔ 4ステップ）

CH₃CH(OH)CH₃ + I₂ ⟶ CH₃COCH₃ + 2HI ・・・⓪酸化

CH₃COCH₃ + 3I₂ ⟶ CI₃COCH₃ + 3HI ・・・①置換

5HI + 5NaOH ⟶ 5NaI + 5H₂O ・・・②中和

＋） CI₃COCH₃ + NaOH ⟶ CH₃COONa + CHI₃ ・・・③脱離

CH₃CH(OH)CH₃ + 4I₂ + 6NaOH ⟶ CHI₃↓ + CH₃COONa + 5NaI + 5H₂O

導出できましたか？？
脱離によって生じる塩が**酢酸ナトリウム（CH₃COONa）**に変わるだけで、係数や基本構造はアセトアルデヒド・エタノールの場合とまったく同じパターンで記述できます！

✨ 今回のまとめ ✨

アルデヒド・ケトンからは「置換 ➔ 中和 ➔ 脱離」
アルコールからは「酸化 ➔ 置換 ➔ 中和 ➔ 脱離」

丸暗記しようとすると大変なヨードホルム反応も、この2パターンさえ身につけておけばどんな物質が出題されても一瞬で反応式を作ることができます！

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丸暗記からの脱出！【第３回 無機化学 アルミニウムの錯イオン化】

【丸暗記からの脱出！ 第3回】

無機化学：アルミニウム＆亜鉛の錯イオン形成反応

最難関クラスの複雑な式も「水酸化物➔錯イオン」で一発導出！

こんにちは、化学マスターです！
化学の勉強をしていると、化学反応式の「丸暗記」に苦労する場面がありませんか？

ここでは、受験生の皆さんが暗記に苦労する反応式について、仕組みから理解して効率よく導き出せる覚え方を紹介しています。

今回は、受験化学の中でも有数の複雑さを誇る**「アルミニウムの錯イオン化の反応」**についてです！「複雑すぎて何がなんだか分からない…」と苦労している方も多いのではないでしょうか？
この反応式も、多段階で進む反応として捉えるとかなりスッキリ書けるようになります。それでは早速いってみましょう！

1. アルミニウム単体 ＋ 過剰の水酸化ナトリウム水溶液

「アルミニウムに過剰の水酸化ナトリウム水溶液を加える」反応式は次の通りです。

2Al + 2NaOH + 6H₂O ⟶ 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

複雑で頭が痛くなりそうですね……。
しかし、この反応も多段階に分解すると、非常にシンプルなステップで見えてきます！

💡 錯イオン形成の2ステップ

『 ① 水酸化物の形成 ➔ ② 錯イオン形成 』 の順に進む！

ステップ①：水酸化物の形成（仮説）

イオン化傾向の高い金属単体が水と反応して水酸化物になり、水素を発生させる反応を思い出してみましょう。

●（冷水） 2K + 2H₂O ⟶ 2KOH + H₂
●（冷水） Ca + 2H₂O ⟶ Ca(OH)₂ + H₂
●（冷水） 2Na + 2H₂O ⟶ 2NaOH + H₂
●（熱水） Mg + 2H₂O ⟶ Mg(OH)₂ + H₂

実際にはアルミニウムは高温水蒸気としか反応せず生成物は酸化物となりますが、**反応式を導出するための思考プロセス**として「水酸化ナトリウムのような強塩基中では、上記と同様に水酸化物ができて水素が発生する」と考えます。

2Al + 6H₂O ⟶ 2Al(OH)₃ + 3H₂ ・・・①

※注意！ アルミニウムが実際に単体で水と反応することはないため、共通テストなどの正誤問題で引っかからないように注意してください！

ステップ②：錯イオン形成（沈殿の溶解）

①の反応によって生じた白色ゲル状沈殿である Al(OH)₃ に過剰の NaOH が作用し、テトラヒドロキソアルミン酸イオンとなって溶ける工程が②となります。

Al(OH)₃ + NaOH ⟶ Na[Al(OH)₄] ・・・②

※アルミニウムが正四面体（テトラ型）の錯イオン [Al(OH)₄]⁻ となって溶解することは必須知識として押さえておきましょう。

①と②の式を合体させる！

中間生成物である水酸化アルミニウム Al(OH)₃ を消去するため、**②の式を2倍**にして足し合わせます。

2Al + 6H₂O ⟶ 2Al(OH)₃ + 3H₂ ・・・①

＋） 2Al(OH)₃ + 2NaOH ⟶ 2Na[Al(OH)₄] ・・・②×2

2Al + 6H₂O + 2NaOH ⟶ 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

2. 酸化アルミニウム ＋ 過剰の水酸化ナトリウム水溶液

単体での書き方が分かれば、酸化アルミニウム（Al₂O₃）の反応式も全く同じ操作で導出できます！

操作のステップを見ていきましょう。

• ① 水酸化物の形成： 酸化物が水と反応して水酸化物になります。
  Al₂O₃ + 3H₂O ⟶ 2Al(OH)₃ ・・・①
• ② 錯イオン形成：
  Al(OH)₃ + NaOH ⟶ Na[Al(OH)₄] ・・・②

中間生成物の 2Al(OH)₃ を消去するために②を2倍して足すと完成です！

Al₂O₃ + 3H₂O ⟶ 2Al(OH)₃ ・・・①

＋） 2Al(OH)₃ + 2NaOH ⟶ 2Na[Al(OH)₄] ・・・②×2

Al₂O₃ + 3H₂O + 2NaOH ⟶ 2Na[Al(OH)₄]

💡 共テ正誤対策チェック！
単体からの反応では「水素 H₂」が発生しますが、**酸化物からの反応では「水素の発生がない」**という点もよく狙われるポイントです！

3. 実戦演習！亜鉛（Zn）の錯イオン化に挑戦

それでは、同じ両性金属である「亜鉛（Zn）」でも全く同じ考え方が通用するか試してみましょう！

📝 【問題】

（1）亜鉛の単体に過剰の水酸化ナトリウム水溶液を加える反応式

（2）酸化亜鉛に過剰の水酸化ナトリウム水溶液を加える反応式

👇 自分で紙に書いてから「答えを見る」をクリック！ 👇

▶ 導出プロセスと解答を見る

（1）亜鉛の単体（Zn）の場合

Zn + 2H₂O ⟶ Zn(OH)₂ + H₂ ・・・①

＋） Zn(OH)₂ + 2NaOH ⟶ Na₂[Zn(OH)₄] ・・・②

Zn + 2H₂O + 2NaOH ⟶ Na₂[Zn(OH)₄] + H₂↑

（2）酸化亜鉛（ZnO）の場合

ZnO + H₂O ⟶ Zn(OH)₂ ・・・①

＋） Zn(OH)₂ + 2NaOH ⟶ Na₂[Zn(OH)₄] ・・・②

ZnO + H₂O + 2NaOH ⟶ Na₂[Zn(OH)₄]

自力で導出できましたか？？
亜鉛も錯イオン化するとテトラ型（[Zn(OH)₄]²⁻）を形成するため、まったく同じアプローチで解くことができます！

✨ 今回の結論 ✨

錯イオン形成は 『 ① 水酸化物の形成 ➔ ② 錯イオン形成 』 で組み立てる！

入試問題で頻出の錯イオン化は**「アルミニウム」と「亜鉛」がほとんど**です！この2大元素の導出プロセスをマスターしておけば、無機化学の得点力が一気に跳ね上がります。

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丸暗記からの脱出！【第２回 無機化学 さらし粉の利用】

       

       

【丸暗記からの脱出！ 第2回】

       

無機化学：さらし粉＆高度さらし粉からの塩素発生

       

弱酸遊離とルシャトリエの原理で導く「塩素の発生」反応式！

   

   

こんにちは、化学マスターです！
    化学の勉強をしていると、複雑な化学反応式の「丸暗記」に苦労する場面がありませんか？

   

ここでは、受験生の皆さんが暗記に少し苦労する反応式について、仕組みから理解して効率よく覚える方法を紹介しています。前回はさらし粉の製法を解説しましたが、今回はそのさらし粉を利用した**「塩素の発生反応」**について扱っていきます！

       

       

前回の記事はこちら👇

        丸暗記からの脱出！【第1回 さらし粉の生成】 - 化学マスターのハイレベル豆知識💊    

       

1. さらし粉からの塩素発生

        

さらし粉を用いた塩素の発生方法は、「さらし粉に塩酸を加える」です。教科書や問題集に記載されている全体の反応式は次の通りです。

       

        CaCl(ClO)・H₂O + 2HCl ⟶ CaCl₂ + 2H₂O + Cl₂↑    

   

この反応式も、そのまま丸暗記しようとすると係数やH₂Oの位置で混乱してしまいがちですよね……。
    しかし、この式も内部の**多段階反応**に分解して考えると、とてもスッキリ頭に入ります！

       

       

💡 塩素発生の2ステップ

       

『 ① 弱酸遊離反応 ➔ ② 平衡の移動 』 の順に進む！

   

   

ステップ①：弱酸遊離反応

   

さらし粉は、水酸化カルシウムと塩化水素・次亜塩素酸の複塩です。ここで超重要なポイントは、**次亜塩素酸（HClO）が「弱酸」である**ということ！
    そのため、強酸である塩酸（HCl）を加えると**弱酸遊離反応**が起こります。

   

        CaCl(ClO)・H₂O + HCl ⟶ CaCl₂ + HClO + H₂O ・・・①    

   

さらし粉に塩酸を加えると、まず弱酸遊離によって強酸強塩基の塩である塩化カルシウム（CaCl₂）が生じ、次亜塩素酸（HClO）が追い出されて遊離します。

   

ステップ②：平衡の移動（ルシャトリエの原理）

   

①の反応で生じた次亜塩素酸（HClO）と、最初に加えた塩酸（HCl）によって、さらに反応が進行します。

   

        HClO + HCl ⇄ Cl₂ + H₂O ・・・②    

   

※この式は**「塩素の溶解反応（Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO）」の逆反応**です！
    過剰量の塩酸（左辺の成分）が存在するため、ルシャトリエの原理により平衡は右へ大きく移動し、塩素ガス（Cl₂）が発生します。

   

①と②の式を合体させる！

   

①と②の反応式を足し合わせると、中間生成物である次亜塩素酸（HClO）が消去され、全体の反応式が完成します。

       

       

CaCl(ClO)・H₂O + HCl ⟶ CaCl₂ + HClO + H₂O ・・・①

       

＋） HClO + HCl ⇄ Cl₂ + H₂O ・・・②

       

            CaCl(ClO)・H₂O + 2HCl ⟶ CaCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O        

   

       

2. 高度さらし粉からの塩素発生

   

さらし粉からの反応式が書けるようになれば、高度さらし粉（Ca(ClO)₂）からの塩素発生も簡単です！

   

操作は全く同じ！注意するポイントは1つだけ。

   

        『 塩化水素（HCl）の量は 2倍！ 』    

   

具体的なステップを見ていきましょう。

   

•        
• ① 弱酸遊離反応：
          Ca(ClO)₂ + 2HCl ⟶ CaCl₂ + 2HClO ・・・①
•        
• ② 平衡の移動： さらし粉の時の2倍の量（係数を2倍）で反応させます。
          2HClO + 2HCl ⇄ 2Cl₂ + 2H₂O ・・・②
•    

   

①と②を足し合わせると、2HClO が消去され、高度さらし粉からの塩素発生の式が導出できます！

       

       

Ca(ClO)₂ + 2HCl ⟶ CaCl₂ + 2HClO ・・・①

       

＋） 2HClO + 2HCl ⇄ 2Cl₂ + 2H₂O ・・・②

       

            Ca(ClO)₂ + 4HCl ⟶ CaCl₂ + 2Cl₂↑ + 2H₂O        

   

       

       

✨ 第1回＆第2回の超重要ポイント ✨

       

            塩素の溶解式 「 Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO 」 を完璧にマスターすること！        

       

この1つの式を核にして考えるだけで、さらし粉の「生成」も「利用（塩素発生）」もすべて自力で組み立てられるようになります！

   

   

さらし粉関連の式は、一見すると不規則で覚えづらい反応式が多いですよね。丸暗記に頼るのではなく、上記のステップを利用して何度も手を動かし、スムーズに導き出せるよう練習しておきましょう！

   

高校化学には、このように多段階でスッキリ説明できる反応式がまだまだたくさんあります。今後もブログで順次解説していきますのでお楽しみに！

       

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今回の内容は以上です！最後まで読んでいただき、ありがとうございました。

   

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丸暗記からの脱出！【第１回 無機化学 さらし粉の生成】

【丸暗記からの脱出！ 第1回】

無機化学：さらし粉＆高度さらし粉の生成反応

多段階反応に分解して「なぜその式になるのか」を完璧理解！

こんにちは、化学マスターです！
化学の勉強をしていると、複雑な化学反応式の「丸暗記」に苦労する場面がありませんか？

このシリーズでは、受験生の皆さんが暗記に苦労しがちな反応式について、**仕組みから理解して自分で導き出せる効率の良い考え方**を紹介していきます！第1回のテーマは「さらし粉の生成」です！

1. さらし粉の生成

さらし粉の製法は、「石灰水に塩素を加える」です。教科書に載っているまとめの反応式は次の通り。

Ca(OH)₂ + Cl₂ ⟶ CaCl(ClO)・H₂O

一見すると丸暗記しにくく、覚えにくいですよね……。
実はこの反応、内部では**多段階で反応が進んでいる**ため難しく見えているだけなのです。反応を分解して考えると、ステップはとてもシンプル！

💡 さらし粉生成の2ステップ

『 ① 溶解 ➔ ② 中和 』 の順に進む！

ステップ①：塩素の「溶解」

塩素は無極性分子ですが、**水と化学反応を起こすことで水によく溶けます**。石灰水に塩素を加えたとき、水酸化カルシウムと直接反応するのではなく、まずは水と反応して塩化水素（HCl）と次亜塩素酸（HClO）に変化します。

Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO ・・・①

※この式は化学平衡の反応式であることも超重要！また、電気分解で塩素が発生した際に「電極付近が酸性になる理由」の説明にも使われるため、この①式だけは最低限の知識としてしっかり覚えておきましょう。

ステップ②：生じた酸の「中和」

①の溶解によって生じた2つの酸（塩化水素 HCl と 次亜塩素酸 HClO）が、石灰水中の水酸化カルシウム Ca(OH)₂ と即座に中和反応を起こします。

Ca(OH)₂ + HCl + HClO ⟶ CaCl(ClO) + 2H₂O ・・・②

※さらし粉（CaCl(ClO)・H₂O）が、塩化カルシウムと次亜塩素酸カルシウムの「複塩」であることも押さえておきましょう！

①と②の式を合体させる！

①と②の反応式を足し合わせると、中間生成物である酸（HCl と HClO）が互いに打ち消し合って消去されます。最後に、残った水を「水和水」としてまとめるのがポイントです！

Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO ・・・①

＋） Ca(OH)₂ + HCl + HClO ⟶ CaCl(ClO) + 2H₂O ・・・②

Ca(OH)₂ + Cl₂ ⟶ CaCl(ClO)・H₂O

🔍 ワンランク上の化学の目（余談）

①の塩素の溶解式は「可逆反応（平衡）」ですが、生じた酸が②の中和反応によって即座に消費されます。そのため**ルシャトリエの原理**より、平衡は常に右へと移動し続けます。したがって、合体させた全体の反応式では可逆記号（⇄）ではなく、右向きの矢印（⟶）のみで表記します。

2. 高度さらし粉の生成

さらし粉の生成式が作れるようになると、その考え方を応用して「高度さらし粉」の反応式も自力で作れるようになります！

操作は同じですが、ポイントはたった1つ。

『 塩素の量を 2倍 にする！ 』

具体的なステップを見ていきましょう。

• ① 溶解： 塩素の量を2倍にするため、式全体の係数を2倍にします。
  2Cl₂ + 2H₂O ⇄ 2HCl + 2HClO ・・・①×2
• ② 中和： さらし粉ではHClとHClOの両方で中和しましたが、高度さらし粉では**次亜塩素酸（HClO）のみ**で水酸化カルシウムを中和します。
  Ca(OH)₂ + 2HClO ⟶ Ca(ClO)₂ + 2H₂O ・・・②

この2式を足し合わせると、2HClO が消去され、水和水を持たない高度さらし粉（次亜塩素酸カルシウム）の式が完成します！

2Cl₂ + 2H₂O ⇄ 2HCl + 2HClO ・・・①×2

＋） Ca(OH)₂ + 2HClO ⟶ Ca(ClO)₂ + 2H₂O ・・・②

2Cl₂ + Ca(OH)₂ ⟶ Ca(ClO)₂ + 2HCl

✨ 今回の結論 ✨

さらし粉・高度さらし粉の式は、まず「① 塩素の溶解式（Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO）」を覚えること！

3. 実戦演習！過去の京大模試に挑戦

最後に、この発想（溶解 ➔ 中和）を利用して解く、実際の入試レベル問題にチャレンジしてみましょう！

📝 【問題】

水酸化ナトリウム水溶液に塩素を加えた時の化学反応式を答えよ。

👇 自分の力で導き出せるか考えてから「答えを見る」をクリック！ 👇

▶ 思考プロセスと解答を見る

【考え方】
ここでも同じ！「① 塩素の溶解」のあとに、生じた2つの酸（HCl と HClO）を「② 水酸化ナトリウムで中和」させます。

Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO

NaOH + HCl ⟶ NaCl + H₂O

＋） NaOH + HClO ⟶ NaClO + H₂O

2NaOH + Cl₂ ⟶ NaCl + NaClO + H₂O

解けましたか？？
この反応式は、イオン交換膜法で水酸化ナトリウムを製造する際に「なぜ陰極側と陽極側を膜で仕切らなければならないのか」を説明する際にも必須知識となります。ぜひセットで押さえておきましょう！

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今回の内容は以上です！最後まで読んでいただき、ありがとうございました。

この記事を通して、皆さんの受験化学の『丸暗記からの脱出！』が少しでも進めば嬉しいです。

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無機化学②【貴ガス】

空気から生まれる高貴なガス？
「貴ガス」のフシギな世界

化学マスターのスマホで化学 💊

「化学」って聞くと、なんだか難しくて近寄りがたいイメージ、ありませんか？

でも、実は私たちの身の回りには、面白くてフシギな化学の世界が広がっています。
今日はその中でも、ちょっと変わったエリート集団、「貴ガス」について、スマホ片手にサクッと読めるように解説しちゃいます！

■ そもそも「貴ガス」って何者？

「貴ガス」は、周期表の右の端っこにいる7つの元素のグループ名。ヘリウム (He)、ネオン (Ne)、アルゴン (Ar)、クリプトン (Kr)、キセノン (Xe)、ラドン (Rn)、そしてオガネソン (Og)がそのメンバーです。

「貴」っていう字がついてるくらいだから、なんだかスゴそうですよね？ その通り！彼らは化学の世界ではまさに「高貴な」存在。他の元素とほとんど反応しない、超安定したヤツらなんです。だから昔は「不活性ガス」なんて呼ばれていました。

■ なんでそんなに安定してるの？

その秘密は、原子の「電子」にあります。原子の一番外側には、他の原子と手をつなぐための席（電子殻）があるんですが、貴ガスはこの席が全部埋まっている「満員御礼」状態なんです。

だから、わざわざ他の原子とくっついたり、電子を交換したりする必要がない。常に「おひとり様」でいられる、究極の安定性を手に入れているんです。

■ 「高貴」だけど働き者！貴ガスのメンバー紹介

安定してるからって、何もしないわけではありません。そのユニークな性質を活かして、私たちの生活のあちこちで大活躍しています！原子番号の順に見ていきましょう。

ヘリウム He — 空に浮かぶ軽いヤツ

入手方法

天然ガスからゲット！

お仕事

• 風船や飛行船（燃えないから安全！）
• 超低温の世界を作る冷却材（MRIとかで活躍）

💡 豆知識：声が変わる「ヘリウムガス」は、空気より軽く、音の伝わる速さが違うからなんです。

ネオン Ne — 夜を彩る光のアーティスト

入手方法

空気を冷やしてゲット！

お仕事

• ネオンサイン（電気を流すと赤橙色に光る！）

💡 豆知識：ネオンサインの色が色々あるのは、ネオン以外のガスを使ったり、ガラス管の色や蛍光塗料を組み合わせたりする職人ワザのおかげなんです。

アルゴン Ar — 縁の下の力持ち

入手方法

空気を冷やしてゲット！（空気中に一番多い貴ガス）

お仕事

• 溶接のときに金属が酸化するのを防ぐ
• 電球の寿命を延ばすための封入ガス

クリプトン Kr — 小さくてもパワフルな光

入手方法

空気を冷やしてゲット！

お仕事

• クリプトン電球（普通の電球より明るくて長持ち！）
• 家の窓の断熱材（熱を伝えにくい性質を応用！）

キセノン Xe — 最先端技術を支えるレアなヤツ

入手方法

空気を冷やしてゲット！（超レア）

お仕事

• 探査機「はやぶさ」のイオンエンジン（宇宙の旅の推進力！）
• カメラのフラッシュや車のヘッドライト

💡 豆知識：「反応しない」はずが、なんと酸素とくっついた「酸化物」が存在！ただし、めちゃくちゃ不安定ですぐ爆発する危険なヤツです。

ラドン Rn — ちょっと危険な放射性ガス

入手方法

ラジウムという元素が壊れるときに生まれる。

お仕事

• 昔はがん治療にも使われたけど、放射能が強いので今はほとんど使われていません。

■ まとめ

どうでしたか？ 「貴ガス」と一言で言っても、それぞれに個性があって、私たちの生活や最先端の科学を支える重要な役割を果たしているんですね。

次に夜の街でネオンサインを見かけたら、「あれはネオンの光だな…いや、青いからアルゴンかも？」なんて考えてみると、いつもの景色がちょっと違って見えるかもしれませんよ！

【化学マスターのスマホで化学💊】

無機化学④【16族】

16族元素の超重要ポイントまとめ

酸素・オゾン・硫黄・硫酸の性質と反応式総整理

こんにちは！今回は無機化学の頻出分野である「16族元素（酸素・硫黄）」の性質や製法について徹底解説します。入試で狙われやすい「酸化物の分類」や「濃硫酸の特性」など、確実に得点源にしたい知識を整理していきましょう！

1. 酸素 (O₂) とオゾン (O₃)

16族の同素体関係および酸素化合物の分類を確実に押さえましょう。

① 酸素 O₂

• 物理的性質: 無色・無臭の気体。水に難溶（液体・固体になると淡青色）。
• 化学的性質: 助燃性（自らは燃えないが、物質の燃焼を助ける）がある。
• 存在度: 空気中に約2割存在し、地殻中で最も多い元素。

💡 地殻中の元素含有量（クラーク数）の覚え方

「おっしゃる鉄火丼」 （O ＞ Si ＞ Al ＞ Fe ＞ Ca）

※丼はおまけ。酸素が多くなるのは様々な元素と酸化物（岩石など）を形成しているためです。

• 工業的製法: 液体空気の分留によって得る。
• 実験室的製法: いずれも触媒として二酸化マンガン MnO₂ を使用。
  1. 過酸化水素水に触媒を加える：
     2H₂O₂ → 2H₂O + O₂
  2. 塩素酸カリウムに触媒を加えて加熱する：
     2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

② 酸化物の分類（超重要）

分類	特徴	具体例と水との反応
酸性酸化物	非金属元素の酸化物。 水と反応して酸になる。	CO₂ + H₂O → H₂CO₃ SO₂ + H₂O → H₂SO₃ SO₃ + H₂O → H₂SO₄ 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO P₄O₁₀ + 6H₂O → 4H₃PO₄
塩基性酸化物	金属元素の酸化物。 水と反応して塩基になる。	Na₂O + H₂O → 2NaOH CaO + H₂O → Ca(OH)₂ MgO + H₂O → Mg(OH)₂
両性酸化物	酸とも強塩基とも反応して溶ける酸化物。	Al，Zn，Sn，Pb （＋発展の Cr） (例) Al₂O₃, ZnO 「ああすんなりと両性に溶ける」

③ オゾン O₃

• 物理的性質: 淡青色・特異臭（生臭い）の有毒な気体。
• 化学的性質: 強い酸化作用を持つ（殺菌・消臭作用）。
• 検出反応: ヨウ化カリウムデンプン紙を青変させる。
  O₃ + 2KI + H₂O → O₂ + I₂ + 2KOH
  （オゾンの酸化力によって遊離した I₂ がデンプンとヨウ素デンプン反応を起こすため）
• 生成法: 酸素中で無声放電を行う、または酸素に紫外線を照射する。
  3O₂ → 2O₃

2. 硫黄 (S) とその同素体

硫黄の3つの同素体は、それぞれの構造と性質の違いがテストによく出ます。

同素体	状態・結晶形	分子構造	二硫化炭素 CS₂
斜方硫黄	淡黄色の塊状結晶。室温で最も安定。	S₈（環状）	溶ける
単斜硫黄	黄色の針状結晶。	S₈（環状）	溶ける
ゴム状硫黄	黒褐色で弾力性がある。硫黄を加熱（約250℃で暗赤色粘性液体）し、水で急冷して作る。	Sₓ（鎖状）	溶けない

3. 硫黄の重要化合物

① 硫化水素 H₂S

• 性質: 無色・腐卵臭・有毒の気体。火山ガスやタンパク質の腐敗で生じる。水に溶けて2価の弱酸として働く（H₂S ⇄ 2H⁺ + S²⁻）。
• 酸化還元: 硫黄が最低酸化数（－2）をとるため、強い還元作用を示す。
  H₂S → S + 2H⁺ + 2e⁻
• 検出: 酢酸鉛紙（鉛糖紙）を黒色に変化させる。
  (CH₃COO)₂Pb + H₂S → 2CH₃COOH + PbS↓
  （※PbSの黒色沈殿が発生するため）
• 製法: 硫化鉄(Ⅱ)に希塩酸または希硫酸を加える（弱酸の遊離）。
  FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑
  FeS + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂S↑

② 二酸化硫黄 SO₂

• 性質: 無色・刺激臭・有毒の気体。大気汚染や酸性雨の原因物質。漂白作用を持つ。
• 酸化還元: 硫黄の酸化数が＋4であるため、酸化剤にも還元剤にもなれる。基本は還元剤として働くが、より強い還元剤であるH₂Sと反応するときだけは酸化剤として働く。

⚠️ 注意すべき反応（硫黄の遊離）

2H₂S + SO₂ → 3S + 2H₂O

この反応により、単体の硫黄（S）が白色沈殿（コロイド状）として析出し、無色の溶液が白濁します。

• 製法:
  1. 亜硫酸ナトリウムに希硫酸を加える（弱酸の遊離）：
     Na₂SO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + SO₂↑
  2. 銅に熱濃硫酸を加えて加熱する（酸化還元反応）：
     Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

③ チオ硫酸ナトリウム Na₂S₂O₃

• 性質: 強い還元作用（2S₂O₃²⁻ → S₄O₆²⁻ + 2e⁻）を持ち、入試頻出のヨウ素滴定の標準溶液として利用される。指示薬にはデンプン水溶液を用いる。
  2Na₂S₂O₃ + I₂ → Na₂S₄O₆ + 2NaI

4. 硫酸の工業的製法：接触法

濃硫酸は工業的に接触法によって製造されます。以下の4ステップの流れを押さえましょう。

1. 硫黄または黄鉄鉱（FeS₂）を燃焼させて SO₂ を生成する。
2. SO₂ を、五酸化二バナジウム V₂O₅ を触媒として空気酸化し、 SO₃ と成す。
3. SO₃ を直接水に吸収させると激しく発熱して危険なため、濃硫酸に吸収させて発煙硫酸とする。
4. 発煙硫酸を希硫酸で薄めて、目的の濃硫酸を得る。

🔑 計算問題突破の鍵

化学量論の計算問題では、最終的に「原料の硫黄 S 1 mol から 硫酸 H₂SO₄ 1 mol が生成する」という関係性に注目して解くのが鉄則です。

5. 濃硫酸と希硫酸の性質の違い

① 濃硫酸（濃度 約98%）の5大特性

濃硫酸は水分子が決定的に不足しており、大半が分子の状態で存在するため、独自の性質を持ちます。

• 不揮発性: 沸点が高く揮発しにくい。揮発性の酸を遊離させる反応に利用。
  (例) NaCl + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HCl↑ （揮発性の酸の遊離）
• 吸湿性: 水分を吸収する性質。実験室で気体の乾燥剤として利用される。
• 脱水作用: 有機物から水素と酸素を水の割合（2:1）で無理やり引き抜き、炭化させる。
• 酸化作用: 熱濃硫酸にすることで強い酸化作用を示し、銅や銀などのイオン化傾向の小さな金属を溶かす（自身は SO₂ に還元）。
• 弱酸性: 98%が分子状態（硫酸が大渋滞）であり、電離に必要な水がないためオキソニウムイオンが生じにくく、濃硫酸自体は弱酸性を示す。

② 希硫酸の特性

• 強酸性: 水が豊富にあり電離度が大きいため、強い酸性を示す。
• 濃硫酸が持つ特有の「酸化力」「脱水作用」「吸湿性」は示さない。

⚠️ 希硫酸調製時の注意点（実験の基本）

硫酸は溶解熱が非常に大きいため、濃硫酸に水を加えると突沸して飛び散る危険があります。希硫酸を作る際は、必ず「安全な水の中に濃硫酸を少しずつ攪拌しながら加える」ようにします。