この教材で学ぶこと
到達目標
-
カルシウムがアルカリ土類金属であることを説明できる
-
カルシウムの炎色反応を答えられる
-
CaCO₃、CaO、Ca(OH)₂を区別できる
-
石灰水による二酸化炭素の検出を説明できる
-
炭酸カルシウムの熱分解と酸との反応を説明できる
前提知識
-
アルカリ土類金属
-
炎色反応
-
炭酸塩
-
二酸化炭素
-
酸・塩基の基礎
1
カルシウムとは
カルシウム Ca は、周期表の2族に属するアルカリ土類金属です。
価電子を2個もち、2価の陽イオン Ca²⁺ になりやすい性質があります。
カルシウムは、骨や歯、石灰石、貝殻などと関係が深い元素です。
単体のカルシウムは金属ですが、高校化学では単体よりも化合物として出題されることが多いです。
特に、炭酸カルシウム CaCO₃、酸化カルシウム CaO、水酸化カルシウム Ca(OH)₂、石灰水が重要です。
カルシウムの基本情報
|
項目
|
内容
|
|
元素記号
|
Ca
|
|
分類
|
アルカリ土類金属・2族元素
|
|
主なイオン
|
Ca²⁺
|
|
炎色反応
|
橙赤色
|
|
重要な化合物
|
CaCO₃、CaO、Ca(OH)₂
|
|
身近な例
|
石灰石、貝殻、骨、歯
|
確認ポイント
-
カルシウムの元素記号がCaであることを答えられる
-
カルシウムが2族のアルカリ土類金属であることを説明できる
-
カルシウムがCa²⁺になりやすいことを理解している
↑ 目次へ戻る
2
カルシウムの炎色反応
カルシウムは炎色反応で橙赤色を示します。
アルカリ土類金属では、カルシウム Ca、ストロンチウム Sr、バリウム Ba の炎色反応が重要です。
カルシウムは橙赤色、ストロンチウムは紅色、バリウムは黄緑色です。
炎色反応では、元素記号・元素名・色をセットで覚えることが大切です。
カルシウムの橙赤色は、語呂合わせでは「借りるとう → 橙赤」と覚えることがあります。
アルカリ土類金属の炎色反応
|
元素記号
|
元素名
|
炎色
|
覚え方
|
|
Ca
|
カルシウム
|
橙赤色
|
借りるとう → 橙赤
|
|
Sr
|
ストロンチウム
|
紅色
|
するも → 紅
|
|
Ba
|
バリウム
|
黄緑色
|
馬力 → 黄緑
|
例題：カルシウムの炎色反応は何色か。
答え：橙赤色
カルシウムは炎色反応で橙赤色を示します。
確認ポイント
-
Caの炎色反応を答えられる
-
Ca、Sr、Baの炎色を区別できる
-
カルシウムの橙赤色を覚えている
↑ 目次へ戻る
3
炭酸カルシウム CaCO₃
炭酸カルシウム CaCO₃ は、カルシウム化合物の中でも特に重要です。
石灰石、貝殻、卵の殻、チョークなどに含まれる白色の固体です。
炭酸カルシウムは水に溶けにくい物質です。
酸と反応すると二酸化炭素を発生します。
また、強く加熱すると熱分解して、酸化カルシウム CaO と二酸化炭素 CO₂ を生じます。
炭酸カルシウムと塩酸
CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O
酸と反応して二酸化炭素が発生します。
炭酸カルシウムの熱分解
CaCO₃ → CaO + CO₂
強熱すると、生石灰 CaO と二酸化炭素 CO₂ が生じます。
炭酸カルシウムのポイント
|
項目
|
内容
|
|
化学式
|
CaCO₃
|
|
名称
|
炭酸カルシウム
|
|
身近な例
|
石灰石、貝殻、卵の殻、チョーク
|
|
水への溶解
|
溶けにくい
|
|
酸との反応
|
CO₂を発生
|
|
加熱
|
CaOとCO₂に分解
|
確認ポイント
-
CaCO₃が炭酸カルシウムであることを答えられる
-
炭酸カルシウムと酸の反応でCO₂が発生することを説明できる
-
炭酸カルシウムの熱分解反応を書ける
↑ 目次へ戻る
4
生石灰と消石灰
酸化カルシウム CaO は、生石灰と呼ばれます。
炭酸カルシウムを強く加熱すると、酸化カルシウムと二酸化炭素が生じます。
酸化カルシウムに水を加えると、水酸化カルシウム Ca(OH)₂ ができます。
水酸化カルシウム Ca(OH)₂ は、消石灰と呼ばれます。
生石灰と水の反応は発熱反応であり、乾燥剤や発熱材として利用されることがあります。
石灰石から生石灰
CaCO₃ → CaO + CO₂
石灰石を強熱すると、生石灰ができます。
生石灰から消石灰
CaO + H₂O → Ca(OH)₂
生石灰に水を加えると、消石灰ができます。発熱反応です。
石灰に関係する物質
|
化学式
|
名称
|
別名
|
|
CaCO₃
|
炭酸カルシウム
|
石灰石の主成分
|
|
CaO
|
酸化カルシウム
|
生石灰
|
|
Ca(OH)₂
|
水酸化カルシウム
|
消石灰
|
|
CaCO₃
|
炭酸カルシウム
|
石灰水を白くにごらせる沈殿
|
注意：CaOが生石灰、Ca(OH)₂が消石灰です。名前が似ているので注意しましょう。
注意：CaO + H₂O → Ca(OH)₂ は発熱反応です。
確認ポイント
-
CaOが生石灰であることを答えられる
-
Ca(OH)₂が消石灰であることを答えられる
-
生石灰に水を加えると消石灰になることを説明できる
↑ 目次へ戻る
5
石灰水と二酸化炭素
水酸化カルシウム Ca(OH)₂ の水溶液を石灰水といいます。
石灰水は二酸化炭素 CO₂ の検出に使われます。
二酸化炭素を石灰水に通じると、白色沈殿の炭酸カルシウム CaCO₃ が生じます。
そのため、石灰水は白くにごります。
この反応は、二酸化炭素の確認方法として非常に重要です。
石灰水と二酸化炭素
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
白色沈殿のCaCO₃が生じ、石灰水が白くにごります。
石灰水によるCO₂の検出
|
項目
|
内容
|
|
使う水溶液
|
石灰水 Ca(OH)₂水溶液
|
|
調べる気体
|
二酸化炭素 CO₂
|
|
変化
|
白くにごる
|
|
生じる沈殿
|
炭酸カルシウム CaCO₃
|
|
沈殿の色
|
白色
|
例題：二酸化炭素を石灰水に通じるとどうなるか。
答え：白くにごる。
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O により、白色沈殿のCaCO₃が生じます。
例題：石灰水を白くにごらせる沈殿は何か。
答え：炭酸カルシウム CaCO₃
二酸化炭素と石灰水が反応して、白色沈殿の炭酸カルシウムが生じます。
確認ポイント
-
石灰水がCa(OH)₂水溶液であることを答えられる
-
石灰水がCO₂の検出に使われることを説明できる
-
石灰水が白くにごる理由を反応式で説明できる
↑ 目次へ戻る
6
二酸化炭素を過剰に通じたとき
石灰水に二酸化炭素を通じると、最初は炭酸カルシウムの白色沈殿が生じます。
しかし、二酸化炭素をさらに過剰に通じると、白いにごりが消えることがあります。
これは、炭酸カルシウムが二酸化炭素と水に反応して、水に溶けやすい炭酸水素カルシウム Ca(HCO₃)₂ になるためです。
この変化はやや発展的ですが、石灰水の問題で出題されることがあります。
最初に白くにごり、過剰CO₂で透明になる、という流れを押さえましょう。
過剰CO₂による沈殿の溶解
CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂
炭酸水素カルシウムができ、白色沈殿が溶けます。
CO₂の量による石灰水の変化
|
CO₂の量
|
変化
|
理由
|
|
少量〜適量
|
白くにごる
|
CaCO₃の白色沈殿が生じる
|
|
過剰
|
にごりが消えることがある
|
Ca(HCO₃)₂として溶ける
|
注意：石灰水はCO₂で白くにごる、が基本です。
注意：CO₂を過剰に通じると透明になることがある、という発展ポイントも押さえると理解が深まります。
確認ポイント
-
石灰水にCO₂を通すと最初に白くにごることを説明できる
-
CO₂過剰で白いにごりが消える理由を説明できる
-
Ca(HCO₃)₂が炭酸水素カルシウムであることを理解している
↑ 目次へ戻る
7
その他のカルシウム化合物
カルシウム化合物には、硫酸カルシウム CaSO₄、塩化カルシウム CaCl₂、リン酸カルシウム Ca₃(PO₄)₂ などがあります。
硫酸カルシウムは石こうに関係する物質です。
塩化カルシウムは吸湿性があり、乾燥剤や凍結防止剤として利用されます。
リン酸カルシウムは骨や歯の成分と関係します。
すべてを丸暗記するより、Ca²⁺と陰イオンの組み合わせとして化学式を読めるようにしましょう。
その他のカルシウム化合物
|
化学式
|
名称
|
特徴
|
|
CaSO₄
|
硫酸カルシウム
|
石こうに関係する
|
|
CaCl₂
|
塩化カルシウム
|
吸湿性があり、乾燥剤として使われる
|
|
Ca₃(PO₄)₂
|
リン酸カルシウム
|
骨や歯に関係する
|
|
CaF₂
|
フッ化カルシウム
|
蛍石の主成分
|
確認ポイント
-
CaCl₂が塩化カルシウムであることを答えられる
-
CaCl₂が乾燥剤として使われることを説明できる
-
カルシウム化合物をCa²⁺と陰イオンの組み合わせで読める
↑ 目次へ戻る
8
テストでの出題パターン
カルシウムとその化合物は、石灰石、生石灰、消石灰、石灰水、二酸化炭素の検出として出題されやすいです。
特に、CaCO₃、CaO、Ca(OH)₂の対応は頻出です。
石灰水にCO₂を通じると白くにごる理由、CaCO₃の熱分解、CaOと水の反応もよく問われます。
また、カルシウムの炎色反応が橙赤色であることも暗記事項として重要です。
例題：CaOの別名を答えよ。
答え：生石灰
酸化カルシウム CaO は生石灰と呼ばれます。
例題：Ca(OH)₂の別名を答えよ。
答え：消石灰
水酸化カルシウム Ca(OH)₂ は消石灰と呼ばれます。
例題：石灰水に二酸化炭素を通じると白くにごる理由を答えよ。
答え：白色沈殿の炭酸カルシウム CaCO₃ が生じるため。
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O により、CaCO₃が沈殿します。
例題：炭酸カルシウムを強熱したときの反応式を書け。
答え：CaCO₃ → CaO + CO₂
炭酸カルシウムは強熱により、生石灰と二酸化炭素に分解します。
例題：カルシウムの炎色反応は何色か。
答え：橙赤色
カルシウムは炎色反応で橙赤色を示します。
確認ポイント
-
CaCO₃、CaO、Ca(OH)₂を区別できる
-
石灰水によるCO₂の検出を説明できる
-
CaCO₃の熱分解を書ける
-
CaOと水の反応を書ける
-
カルシウムの炎色反応を答えられる
↑ 目次へ戻る