実験 / experiment_inorganic

硫酸イオン・炭酸イオンの確認実験

硫酸イオンはBa²⁺による白色沈殿、炭酸イオンは酸による二酸化炭素発生と石灰水の白濁で確認する実験教材です。
実験教材
難易度：標準 目安：40分
# 実験 # 無機化学 # 硫酸イオン # 炭酸イオン # 沈殿 # 二酸化炭素 # 石灰水

この教材で学ぶこと

到達目標

  • 硫酸イオンがBa²⁺と反応して白色沈殿を作ることを説明できる
  • 炭酸イオンが酸と反応してCO₂を発生することを説明できる
  • 石灰水の白濁によるCO₂確認を理解できる
  • 沈殿反応と気体発生反応を区別できる

前提知識

  • 沈殿反応
  • 気体の発生法
  • 二酸化炭素
  • 石灰水
  • 酸と塩基

図・写真

※スマホで画像が見づらい場合は、画像を拡大表示するか、別タブで開くと確認しやすいです。

STEP 1 硫酸バリウムの白色沈殿
硫酸バリウムの白色沈殿またはコロイドが生じた写真
硫酸イオンはBa²⁺と反応し、水に溶けにくいBaSO₄の白色沈殿を作る。
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Credit: Chemicalinterest / Wikimedia Commons License: Public domain Source
STEP 2 炭酸塩と酸の反応
石灰岩に塩酸を加えて気体が発生している写真
炭酸塩に酸を加えるとCO₂が発生し、泡立ちが見られる。
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Credit: Alessandro e Damiano / Wikimedia Commons License: CC BY 4.0 Source
STEP 3 炭酸カルシウムと塩酸の装置図
炭酸カルシウムと塩酸から二酸化炭素を発生させる実験装置図
炭酸カルシウムに塩酸を加えるとCO₂が発生する。発生したCO₂は石灰水で確認できる。
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Credit: Qwertyxp2000 / Wikimedia Commons License: CC0 1.0 Source
STEP 4 確認反応の流れ
硫酸イオンと炭酸イオンの確認反応を比較した模式図
硫酸イオンはBaSO₄の白色沈殿、炭酸イオンはCO₂発生と石灰水の白濁で確認する。
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Credit: ChemStudy 自作図 License: Original

実験情報

目的

試料中の硫酸イオンと炭酸イオンを、沈殿反応や気体発生反応で確認する。

原理

硫酸イオンSO₄²⁻は、バリウムイオンBa²⁺と反応して水に溶けにくい硫酸バリウムBaSO₄の白色沈殿を作る。一方、炭酸イオンCO₃²⁻は酸と反応して二酸化炭素CO₂を発生する。発生したCO₂を石灰水に通すと、炭酸カルシウムCaCO₃の白色沈殿が生じ、石灰水が白濁する。

器具

  • 試験管
  • 試験管立て
  • スポイト
  • ガラス管
  • 保護メガネ
  • 手袋

試薬

  • 試料溶液
  • 塩化バリウム水溶液
  • 希塩酸
  • 石灰水
  • 炭酸カルシウムまたは炭酸塩試料

手順

  1. 保護メガネと手袋を着用する。
  2. 硫酸イオン確認では、試料溶液に塩化バリウム水溶液を加える。
  3. 白色沈殿が生じるか観察する。
  4. 必要に応じて希塩酸を加え、沈殿の変化を確認する。
  5. 炭酸イオン確認では、試料に希塩酸を加える。
  6. 気体が発生するか観察する。
  7. 発生した気体を石灰水に通し、白濁するか確認する。

観察結果

試料 結果
SO₄²⁻ + Ba²⁺ BaSO₄の白色沈殿が生じる
BaSO₄ + 希塩酸 沈殿は溶けにくい
CO₃²⁻ + 酸 CO₂が発生して泡立つ
CO₂ + 石灰水 CaCO₃が生じて白濁する

安全上の注意

  • 塩化バリウムなどのバリウム塩は有害な場合があるため、直接触れない。
  • 希塩酸を皮膚や目につけない。
  • 発生した気体を直接吸い込まない。
  • 試験管の口を人に向けない。
  • こぼした場合は教員や指導者に知らせる。

廃液・廃棄

  • バリウムイオンを含む廃液は指定された重金属廃液容器に入れる。
  • 酸性廃液は指導者の指示に従って処理する。
  • 沈殿を含む廃液を流しに捨てない。

早覚え表

印刷・PDF保存・CSVダウンロードに対応しています。

硫酸イオンと炭酸イオンの確認

イオン 試薬 結果 確認ポイント
SO₄²⁻ BaCl₂水溶液など BaSO₄白色沈殿 希塩酸に溶けにくい
CO₃²⁻ 希塩酸 CO₂発生 泡立ちを見る
CO₂ 石灰水 白濁 CaCO₃沈殿ができる
SO₃²⁻ 酸 SO₂発生 刺激臭、酸性KMnO₄脱色などで区別

反応式まとめ

反応 反応式 ポイント
硫酸イオンの確認 Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ 白色沈殿
炭酸塩と酸 CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂ + H₂O 気体発生
石灰水の白濁 Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O CO₂の確認
過剰CO₂ CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ 白濁が消えることがある

覚え方・暗記ポイント

硫酸イオンはBa²⁺で白色沈殿。
BaSO₄は水にも酸にも溶けにくい。
炭酸イオンは酸でCO₂を発生する。
CO₂は石灰水を白濁させる。
石灰水の白濁はCaCO₃の生成。
CO₂を過剰に通すと白濁が消えることがある。
目次
1 硫酸イオンの確認 2 炭酸イオンの確認

1 硫酸イオンの確認

硫酸イオンSO₄²⁻は、バリウムイオンBa²⁺と反応して硫酸バリウムBaSO₄の白色沈殿を作ります。
BaSO₄は水に溶けにくく、希塩酸にも溶けにくいことが特徴です。
そのため、硫酸イオンの確認反応としてよく使われます。
確認ポイント
  • BaSO₄の色を答えられる
  • 硫酸イオンの確認試薬を答えられる
  • BaSO₄が溶けにくいことを説明できる
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2 炭酸イオンの確認

炭酸イオンCO₃²⁻は、酸と反応して二酸化炭素CO₂を発生します。
発生したCO₂を石灰水に通すと、炭酸カルシウムCaCO₃の白色沈殿が生じ、石灰水が白濁します。
この反応は、炭酸塩や二酸化炭素の確認としてよく使われます。
確認ポイント
  • 炭酸イオンと酸の反応を説明できる
  • CO₂の確認方法を説明できる
  • 石灰水が白濁する理由を説明できる
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関連する化学図鑑

硫酸イオン
無機化学 / イオン
SO₄²⁻で表される陰イオン。Ba²⁺と白色沈殿を生じる。
炭酸イオン
無機化学 / イオン
CO₃²⁻で表される陰イオン。酸と反応してCO₂を発生する。
二酸化炭素
化合物 / 気体
CO₂で表される気体。石灰水を白くにごらせる。
石灰水
無機化学 / 試薬
水酸化カルシウム水溶液。二酸化炭素の検出に使われる。
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