孔雀石と緑青 (2001年 東大後期)


 古くなったり、濡れてしまった10円玉は時々緑色に変色します。この緑色の正体は「緑青」と呼ばれ、複数の銅化合物の混合物から構成されます。

 興味深いことに緑青の主成分は宝石として知られる孔雀石(マラカイト)と同じであり、本問はこの主成分でCH2Cu2O5にスポットを当てています。

解答

オ ①: CH2Cu2O5 → 2CuO (A) + H2O + CO2 (B)
②: Cu(OH)2 → CuO (A) + H2O
③: 2CuO (A) + C → 2Cu (C) + CO2 (B)
※ (A)~(C)は問題文中の固体A, 気体B及び固体Cにそれぞれ対応する


(反応①): マラカイトの組成式(CH2Cu2O5)は多くの受験生にとって初見と思われますが、生じる黒色固体Aは銅の化合物であることは予測できます。銅の化合物の中で黒色であるものはせいぜい酸化銅(II)か硫化銅(II)くらいなので、マラカイトの組成式を考えれば固体Aは酸化銅(II)と予測されます。また、試験管内に水滴が観測されたことから水も同時に生成すると考えられ、残った原子から二酸化炭素の生成が示唆されこれが気体Bであると考えられます。

(反応②): 銅(II)イオンを含む水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を加えると、水酸化銅(II)の青白色沈殿を生じ、問題文よりこれを加熱すると固体A(=酸化銅(II))が生じます。また、原料と生成物の組成式を比較することで水が生成することも容易に予測出来ます。

(反応③): 炭素粉末は強力な還元作用を持ち、混和して加熱することで金属酸化物は対応する単体へと還元されます。この時炭素粉末は酸化されて二酸化炭素となります。よって、酸化銅(II)と炭素粉末の反応では銅の単体(固体A)及び二酸化炭素が発生すると考えられます(一部は一酸化炭素の形で放出される可能性はありますが、十分反応させたことで全て二酸化炭素になったものと仮定しています)。

反応①はマラカイトの組成式こそ物珍しいですが、生成物自体はいずれも高校化学の範囲を逸脱しておらず、残り2つの反応も基本レベルです。

カ: 式①よりマラカイト1分子を加熱分解すると、2分子の酸化銅(II)及び1分子の水と二酸化炭素を生じるので、減少した質量は生じた水及び二酸化炭素の質量の和に相当する。マラカイト(CH2Cu2O5)の式量は221であり、水及び二酸化炭素の分子量は18及び44なので減少分は (18+44)/221 x 100 = 28.0.. ≒ 28%となる。


 前問の反応式さえ記述できていれば基本レベルの比例計算です。聞かれているのは「減少後の質量%」ではなく「減少分の質量%」なので、そこだけは注意です。

キ: 2Fe + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2


 銅はイオン化傾向の小さい金属であり、希塩酸とは反応しません(硝酸や熱濃硫酸などの酸化力のある酸とは反応)。一方で鉄くぎの主成分である鉄はイオン化傾向が比較的大きく、塩酸のような強酸とは反応して水素を生じます。

ク: 下図参照 (テトラアンミン銅(II)イオン)

 
 錯イオンに関する基本問題です。銅(II)イオンが錯イオンを形成する場合、その配位数は4で正方形構造を取ります。今回生じるのテトラアンミン銅(II)イオンは、受験生が抑えておくべき最重要な錯イオンの一つで絶対に落とせません。

テトラアンミン銅(II)イオン

ケ: SO42-


 バリウムなどのアルカリ土類金属の二価イオンは、炭酸イオン、硫酸イオン、クロム酸イオンなどと難溶性の塩を形成して沈殿する為、このあたりの陰イオンが候補として考えられます。

 このうちクロム酸塩は黄色である為白色沈殿である事実に矛盾し、炭酸イオンは気体除去作業の過程で二酸化炭素として除かれていると考えられる為、結局硫酸イオン以外の可能性は除外されます。

 実際、緑青には主成分CH2Cu2O5以外に水酸化硫酸銅(II)や水酸化酢酸銅(II)などが含まれていることが報告されています。

コメント

 題材は見慣れないものですが、問題文は短く設問の内容も基礎~標準レベルです。論述問題も計算問題である問カのみで内容も平易な為、東大受験層であれば満点近い得点が要求されます。

 なお、緑青や孔雀石の主成分は一般にCu2(OH)2CO3と表記される銅の塩基性炭酸塩であり、問題の難易度を上げるためにCH2Cu2O5 と表記したものと考えられます。

投稿者: matsubushi

趣味で数学など

コメントを残す

以下に詳細を記入するか、アイコンをクリックしてログインしてください。

WordPress.com ロゴ

WordPress.com アカウントを使ってコメントしています。 ログアウト /  変更 )

Google フォト

Google アカウントを使ってコメントしています。 ログアウト /  変更 )

Twitter 画像

Twitter アカウントを使ってコメントしています。 ログアウト /  変更 )

Facebook の写真

Facebook アカウントを使ってコメントしています。 ログアウト /  変更 )

%s と連携中

%d人のブロガーが「いいね」をつけました。