イントロ
電子を出しやすい金属が相手を還元する
水溶液中の置換を順序から予測
金属のイオン化傾向は、金属が電子を失って陽イオンになろうとする程度の目安です。傾向が大きい金属は、小さい金属のイオンへ電子を渡せます。
1 / 12 ブロック8%
上下にスクロールするかキーボードの上下キーを使うと、次の学習カードへ進めます。
定義
金属のイオン化傾向
- 教科書では
- 水溶液中で金属原子が電子を失い、陽イオンになろうとする傾向です。
- 言いかえると
- ZnはCuよりイオン化傾向が大きいため、Zn金属をCu²⁺水溶液へ入れると、Znが電子を失ってZn²⁺になり、Cu²⁺が電子を受け取ってCuとして析出します。逆にCu金属をZn²⁺水溶液へ入れても、この単純な置換は進みにくいと予測します。
公式
亜鉛と銅イオンの半反応
二つの半反応を電子2個で結びます。
酸化
Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
イオン化傾向が大きいZnが電子を与えます。
- Zn還元剤として酸化される金属
使うときのコツ
金属板のZn原子が水溶液中のイオンになります。
還元
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)
Cu²⁺が電子を受け取り、金属Cuとして析出します。
- Cu²⁺酸化剤として還元されるイオン
使うときのコツ
電子数はZn側と同じ2個です。
解くコツ
金属単体と相手の金属イオンを特定し、単体の金属が順序で上なら電子を与える半反応を予測します。
公式
置換反応の全体式
二つの半反応を足して電子2個を消去します。
全体
Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)
原子数と電荷合計+2が左右で一致します。
- (s)(aq)固体／水溶液
使うときのコツ
硫酸イオンなど傍観イオンは正味の式から省きます。
解くコツ
電子を消去した後、反応前後の元素数と電荷合計が一致するか確認します。
手順
置換を予測する手順
- 1
金属単体Mと、水溶液中の別の金属イオンXを特定する
- 2
代表的なイオン化傾向の順序でMとXの金属を比較する
- 3
Mが上ならMの酸化とXイオンの還元を半反応で書く
- 4
電子数をそろえて全体式を作り、原子数と電荷を確認する
- 5
濃度や表面状態など条件による限界を添えて予測とする
比較
| 組合せ | 単純な予測 | 電子の向き |
|---|---|---|
| Zn + Cu²⁺ | 置換が進む | ZnからCu²⁺ |
| Fe + Cu²⁺ | 置換が進む | FeからCu²⁺ |
| Cu + Zn²⁺ | 進みにくい | CuはZnより下 |
| Cu + 2Ag⁺ | 置換が進む | CuからAg⁺ |
組合せZn + Cu²⁺
- 単純な予測
- 置換が進む
- 電子の向き
- ZnからCu²⁺
組合せFe + Cu²⁺
- 単純な予測
- 置換が進む
- 電子の向き
- FeからCu²⁺
組合せCu + Zn²⁺
- 単純な予測
- 進みにくい
- 電子の向き
- CuはZnより下
組合せCu + 2Ag⁺
- 単純な予測
- 置換が進む
- 電子の向き
- CuからAg⁺
この表は水溶液中の代表的条件での傾向です。反応の速さや安全性を保証するものではありません。
例
- 場面
- Fe(s)をCuSO₄(aq)へ入れたときの正味の反応を予測する。代表順序をFe＞Cuとする。
- 順に考えると
- FeはCuよりイオン化傾向が大きいため、Fe→Fe²⁺+2e⁻と酸化されます。Cu²⁺+2e⁻→Cuと還元されます。電子2個を消去するとFe+Cu²⁺→Fe²⁺+Cuです。SO₄²⁻は傍観イオンです。
- ここが結論
- 正味の式はFe(s)+Cu²⁺(aq)→Fe²⁺(aq)+Cu(s)です。Feが還元剤、Cu²⁺が酸化剤です。
注意
順序だけで実験を決めない
確認
確認テスト
Q1
Zn＞Cuの順序を用いると、Cu(s)をZn²⁺(aq)へ入れたときの予測として適切なのはどれですか。
まとめ
まとめ
- 1
イオン化傾向は金属が電子を失って陽イオンになろうとする目安
- 2
傾向が大きい金属は、小さい金属のイオンへ電子を渡せる
- 3
置換反応は半反応式の電子数、原子数、電荷で検算する
- 4
水溶液条件の傾向であり、反応速度や安全を保証する絶対則ではない