この教材で学ぶこと
到達目標
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銅の基本的な性質を説明できる
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銅(II)イオン Cu²⁺ の沈殿反応を説明できる
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水酸化銅(II)の色を答えられる
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アンモニア水を過剰に加えたときの深青色錯イオンを説明できる
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銅の炎色反応と代表的な化合物を区別できる
前提知識
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金属元素の基本
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沈殿反応
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錯イオンの基礎
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炎色反応
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酸化還元の基礎
1
銅とは
銅 Cu は、周期表の第4周期にある遷移元素です。
赤みを帯びた金属光沢をもつ金属で、電気や熱をよく通します。
銅は電線、硬貨、合金、調理器具などに広く利用されています。
無機化学では、銅(II)イオン Cu²⁺ の沈殿反応や錯イオン形成が特に重要です。
また、銅は炎色反応で青緑色を示す元素としてもよく出題されます。
銅の基本情報
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項目
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内容
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元素記号
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Cu
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分類
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遷移元素
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主なイオン
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Cu⁺、Cu²⁺
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単体の色
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赤みを帯びた金属光沢
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代表的な用途
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電線、硬貨、合金、調理器具
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確認ポイント
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銅の元素記号がCuであることを答えられる
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銅が遷移元素であることを説明できる
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銅が電気をよく通す金属であることを理解している
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2
銅イオンの基本
銅のイオンでは、特に銅(II)イオン Cu²⁺ が重要です。
Cu²⁺ を含む水溶液は青色を示すことが多く、無機化学の色の問題でよく出題されます。
銅(II)イオンは水酸化物イオン OH⁻ と反応して、水酸化銅(II) Cu(OH)₂ の沈殿をつくります。
また、アンモニア水を加えると一度沈殿が生じ、過剰に加えると深青色の錯イオンをつくって溶けます。
この「沈殿 → 過剰試薬で溶解」という流れは、金属イオンの検出で非常に重要です。
銅イオンの特徴
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イオン
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名称
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水溶液の色
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重要な反応
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Cu⁺
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銅(I)イオン
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高校化学では扱いは少なめ
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一部の銅化合物で登場
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Cu²⁺
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銅(II)イオン
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青色
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沈殿反応・錯イオン形成で重要
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確認ポイント
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Cu²⁺が銅(II)イオンであることを答えられる
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Cu²⁺を含む水溶液が青色を示すことを理解している
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Cu²⁺が沈殿反応や錯イオン形成で重要であることを説明できる
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3
水酸化銅(II)の沈殿
銅(II)イオン Cu²⁺ に水酸化物イオン OH⁻ を加えると、水酸化銅(II) Cu(OH)₂ が沈殿します。
水酸化銅(II)は青白色の沈殿として覚えます。
この沈殿色は、鉄イオンやアルミニウムイオンの沈殿と区別して覚える必要があります。
沈殿反応では、どの金属イオンにどの試薬を加えると何色の沈殿が生じるかを表で整理するのが効果的です。
銅(II)イオンの沈殿
Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂
Cu(OH)₂は青白色沈殿です。
銅(II)イオンの沈殿
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イオン
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加える試薬
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沈殿
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色
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Cu²⁺
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OH⁻
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Cu(OH)₂
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青白色
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注意：Cu(OH)₂の青白色は頻出です。
注意：Fe(OH)₂の緑白色、Fe(OH)₃の赤褐色、Al(OH)₃の白色と区別しましょう。
確認ポイント
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Cu(OH)₂の色を答えられる
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Cu²⁺とOH⁻の沈殿反応式を書ける
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銅、鉄、アルミニウムの沈殿色を区別できる
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4
アンモニア水との反応
銅(II)イオンに少量のアンモニア水を加えると、まず青白色の水酸化銅(II)が沈殿します。
しかし、アンモニア水を過剰に加えると、沈殿が溶けて深青色の錯イオンができます。
この錯イオンは、テトラアンミン銅(II)イオン [Cu(NH₃)₄]²⁺ です。
銅(II)イオンとアンモニア水の反応は、錯イオン形成の代表例として非常に重要です。
試験では、「少量では沈殿、過剰では深青色溶液」という流れがよく問われます。
少量のアンモニア水を加えたとき
Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂
アンモニア水は弱塩基性なので、まず青白色沈殿 Cu(OH)₂ が生じます。
過剰のアンモニア水を加えたとき
Cu(OH)₂ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 2OH⁻
深青色のテトラアンミン銅(II)イオンが生じ、沈殿が溶けます。
アンモニア水との反応
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条件
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変化
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色
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少量のNH₃水
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Cu(OH)₂が沈殿
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青白色
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過剰のNH₃水
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[Cu(NH₃)₄]²⁺を生成して溶解
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深青色
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例題：Cu²⁺にアンモニア水を過剰に加えると何色の溶液になるか。
答え：深青色
過剰のアンモニアにより、テトラアンミン銅(II)イオン [Cu(NH₃)₄]²⁺ が生成するため、深青色になります。
例題：Cu²⁺に少量のアンモニア水を加えたときに生じる沈殿は何か。
答え：水酸化銅(II) Cu(OH)₂
少量のアンモニア水では、まず青白色沈殿のCu(OH)₂が生じます。
確認ポイント
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少量のアンモニア水でCu(OH)₂が沈殿することを説明できる
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過剰のアンモニア水で深青色錯イオンができることを説明できる
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[Cu(NH₃)₄]²⁺の名称を理解している
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5
炎色反応
銅は炎色反応で青緑色を示します。
炎色反応では、銅 Cu の青緑色とバリウム Ba の黄緑色を混同しやすいので注意が必要です。
銅の炎色反応は、無機化学の暗記問題だけでなく、金属元素の識別問題でも登場します。
炎色反応は、元素記号・元素名・色をセットで覚えましょう。
銅の炎色反応
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元素記号
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元素名
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炎色
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注意点
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Cu
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銅
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青緑色
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Baの黄緑色と区別する
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例題：炎色反応で青緑色を示す元素はどれか。
答え：銅 Cu
銅は炎色反応で青緑色を示します。バリウムの黄緑色と混同しないようにしましょう。
確認ポイント
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銅の炎色反応が青緑色であることを答えられる
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銅とバリウムの炎色を区別できる
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炎色反応を金属元素の検出と関連づけられる
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6
代表的な銅化合物
銅化合物では、酸化銅(II)、酸化銅(I)、硫酸銅(II)、水酸化銅(II)などが重要です。
酸化銅(II) CuO は黒色の固体です。
酸化銅(I) Cu₂O は赤色の固体です。
硫酸銅(II)五水和物 CuSO₄・5H₂O は青色の結晶として知られています。
無水硫酸銅(II) CuSO₄ は白色で、水を加えると青色になるため、水の検出に利用されます。
代表的な銅化合物
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化学式
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名称
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色・特徴
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CuO
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酸化銅(II)
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黒色
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Cu₂O
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酸化銅(I)
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赤色
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Cu(OH)₂
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水酸化銅(II)
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青白色沈殿
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CuSO₄
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無水硫酸銅(II)
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白色。水の検出に使う
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CuSO₄・5H₂O
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硫酸銅(II)五水和物
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青色結晶
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注意：無水硫酸銅(II)は白色、硫酸銅(II)五水和物は青色です。
注意：CuOの黒色、Cu₂Oの赤色、Cu(OH)₂の青白色は区別して覚えましょう。
確認ポイント
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CuOとCu₂Oの色を区別できる
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無水硫酸銅(II)と硫酸銅(II)五水和物の色を答えられる
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無水硫酸銅(II)が水の検出に使われることを説明できる
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7
銅と酸の反応
銅は水素よりイオン化傾向が小さいため、希塩酸や希硫酸とは通常反応して水素を発生しません。
一方、硝酸や熱濃硫酸のような酸化力をもつ酸とは反応します。
銅と濃硝酸が反応すると、二酸化窒素 NO₂ が発生します。
銅と希硝酸が反応すると、一酸化窒素 NO が発生します。
このように、銅は単なる酸との反応ではなく、酸化力のある酸との反応として理解すると整理しやすいです。
銅と濃硝酸の反応
Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O
赤褐色の二酸化窒素 NO₂ が発生します。
銅と希硝酸の反応
3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
一酸化窒素 NO が発生します。NOは空気中で酸化されてNO₂になります。
銅と酸の反応
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酸
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反応
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発生する気体
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希塩酸
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通常反応しにくい
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なし
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希硫酸
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通常反応しにくい
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なし
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濃硝酸
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反応する
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NO₂
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希硝酸
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反応する
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NO
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確認ポイント
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銅が希塩酸とは通常反応しにくい理由を説明できる
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銅と濃硝酸の反応でNO₂が発生することを答えられる
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銅と希硝酸の反応でNOが発生することを答えられる
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8
テストでの出題パターン
銅とその化合物は、沈殿の色、錯イオンの色、炎色反応、酸との反応として出題されやすいです。
特に、Cu(OH)₂の青白色沈殿、過剰アンモニア水での深青色錯イオン、銅の青緑色炎色反応は頻出です。
また、無水硫酸銅(II)が水の検出に使われることもよく問われます。
銅と硝酸の反応では、濃硝酸でNO₂、希硝酸でNOが発生する点を区別しましょう。
例題：Cu²⁺に水酸化物イオンを加えたときに生じる沈殿の色は何か。
答え：青白色
Cu²⁺はOH⁻と反応して、青白色沈殿のCu(OH)₂を生じます。
例題：Cu²⁺にアンモニア水を過剰に加えたときの溶液の色は何か。
答え：深青色
過剰のNH₃により、テトラアンミン銅(II)イオン [Cu(NH₃)₄]²⁺ が生じるため、深青色になります。
例題：銅の炎色反応は何色か。
答え：青緑色
銅は炎色反応で青緑色を示します。
例題：無水硫酸銅(II)に水を加えると何色になるか。
答え：青色
白色の無水硫酸銅(II)は水を含むと、青色の硫酸銅(II)五水和物になります。
確認ポイント
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Cu(OH)₂の色を答えられる
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過剰アンモニア水で深青色になることを説明できる
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銅の炎色反応を答えられる
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銅と硝酸の反応で発生する気体を区別できる
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無水硫酸銅(II)による水の検出を説明できる
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