この教材で学ぶこと
到達目標
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金属イオンの系統分離の考え方を説明できる
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沈殿を利用して金属イオンを分ける理由を理解できる
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代表的な試薬と沈殿の関係を整理できる
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Ag⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Zn²⁺などを特徴反応で区別できる
前提知識
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沈殿反応
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錯イオン
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硫化水素
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両性元素
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金属イオンの色
1
金属イオンの系統分離とは
金属イオンの系統分離とは、混合水溶液中に含まれる複数の金属イオンを、反応の違いを利用して順番に分けていく操作です。
高校化学では、沈殿ができるかどうか、沈殿の色、過剰試薬に溶けるかどうかが重要です。
すべてを丸暗記するのではなく、「どの試薬を加えると、どのイオンが沈殿するか」という流れで整理すると理解しやすくなります。
系統分離は無機化学の総合問題として出やすく、沈殿反応・錯イオン・両性元素・硫化物がまとめて問われます。
確認ポイント
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系統分離が金属イオンを反応の違いで分ける操作であることを説明できる
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沈殿の有無・色・溶解性が判断材料になることを理解できる
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2
よく使う試薬
金属イオンの分離では、いくつかの代表的な試薬が使われます。
塩酸、硫化水素、アンモニア水、水酸化ナトリウム水溶液などが特に重要です。
それぞれの試薬が何を沈殿させるのかを整理しましょう。
系統分離でよく使う試薬
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試薬
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主な役割
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代表例
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希塩酸
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塩化物沈殿をつくる
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AgCl 白色沈殿
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H₂S
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硫化物沈殿をつくる
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CuS 黒色沈殿
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NH₃水
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水酸化物沈殿・錯イオン形成
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Cu²⁺で深青色
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NaOH水溶液
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水酸化物沈殿をつくる
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Fe(OH)₃ 赤褐色沈殿
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過剰NaOH
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両性水酸化物を溶かす
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Al(OH)₃、Zn(OH)₂が溶解
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確認ポイント
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希塩酸でAg⁺がAgClとして沈殿することを覚える
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H₂Sで硫化物沈殿ができることを理解できる
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NH₃水やNaOH水溶液の役割を区別できる
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3
第1段階：塩化物沈殿
金属イオンの混合溶液に希塩酸を加えると、塩化物として沈殿するイオンがあります。
高校化学では、銀イオン Ag⁺ がAgClの白色沈殿をつくる反応が特に重要です。
AgClはアンモニア水に溶けるため、確認反応としてもよく出題されます。
塩化銀の沈殿
Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl
AgClは白色沈殿です。
AgClのアンモニア水への溶解
AgCl + 2NH₃ → [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl⁻
Ag⁺がアンモニアと錯イオンをつくるため、AgClが溶けます。
塩化物沈殿
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金属イオン
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沈殿
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色
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確認ポイント
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Ag⁺
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AgCl
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白色
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アンモニア水に溶ける
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Pb²⁺
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PbCl₂
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白色
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熱水に溶けやすい
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Hg₂²⁺
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Hg₂Cl₂
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白色
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高校では発展扱い
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注意：高校化学ではAgClを最優先で覚えましょう。
注意：PbCl₂やHg₂Cl₂は扱う教材や授業によって重要度が変わります。
確認ポイント
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Ag⁺がCl⁻と白色沈殿AgClをつくることを覚える
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AgClがアンモニア水に溶けることを錯イオンで説明できる
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4
第2段階：硫化物沈殿
硫化水素 H₂S や硫化物イオン S²⁻ は、金属イオンと反応して硫化物沈殿をつくります。
硫化物沈殿は黒色のものが多く、金属イオンの検出で重要です。
ただし、ZnSは白色、CdSは黄色など、例外的な色もあるため注意が必要です。
硫化銅(Ⅱ)の沈殿
Cu²⁺ + S²⁻ → CuS
CuSは黒色沈殿です。
硫化亜鉛の沈殿
Zn²⁺ + S²⁻ → ZnS
ZnSは白色沈殿です。
代表的な硫化物沈殿
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金属イオン
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沈殿
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色
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ポイント
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Cu²⁺
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CuS
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黒色
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銅イオンの検出で重要
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Pb²⁺
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PbS
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黒色
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黒色沈殿
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Ag⁺
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Ag₂S
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黒色
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銀の黒ずみに関係
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Zn²⁺
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ZnS
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白色
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黒色ではない点に注意
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Cd²⁺
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CdS
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黄色
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黄色沈殿として重要
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確認ポイント
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CuSが黒色沈殿であることを覚える
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ZnSが白色沈殿であることを覚える
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硫化物沈殿が金属イオンの検出に使われることを理解できる
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5
第3段階：水酸化物沈殿
NaOH水溶液やNH₃水を加えると、金属イオンが水酸化物として沈殿することがあります。
水酸化物沈殿では、沈殿の色が特に重要です。
Fe³⁺の赤褐色、Cu²⁺の青白色、Al³⁺やZn²⁺の白色沈殿はよく出題されます。
水酸化物沈殿の色
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金属イオン
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沈殿
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色
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過剰NaOH
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Fe²⁺
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Fe(OH)₂
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緑白色
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溶けにくい
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Fe³⁺
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Fe(OH)₃
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赤褐色
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溶けにくい
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Cu²⁺
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Cu(OH)₂
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青白色
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溶けにくい
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Al³⁺
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Al(OH)₃
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白色
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溶ける
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Zn²⁺
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Zn(OH)₂
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白色
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溶ける
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注意：Al(OH)₃とZn(OH)₂は白色沈殿で、過剰NaOHに溶ける点が重要です。
注意：Fe(OH)₃の赤褐色は非常によく出ます。
確認ポイント
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水酸化物沈殿の色を区別できる
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過剰NaOHで溶ける沈殿を答えられる
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6
第4段階：錯イオン形成による確認
沈殿ができた後、過剰の試薬を加えると錯イオンを形成して溶ける場合があります。
この性質を利用して、金属イオンをさらに確認できます。
特に、Cu²⁺の深青色、AgClのアンモニア水への溶解、Al(OH)₃やZn(OH)₂の過剰NaOHへの溶解は重要です。
錯イオン形成による特徴反応
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対象
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加える試薬
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変化
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関係する錯イオン
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Cu²⁺
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過剰NH₃水
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深青色溶液
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[Cu(NH₃)₄]²⁺
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AgCl
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NH₃水
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溶ける
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[Ag(NH₃)₂]⁺
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Al(OH)₃
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過剰NaOH
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溶ける
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[Al(OH)₄]⁻
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Zn(OH)₂
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過剰NaOH
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溶ける
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[Zn(OH)₄]²⁻
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確認ポイント
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Cu²⁺の深青色を錯イオンで説明できる
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AgClがNH₃水に溶ける理由を説明できる
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Al(OH)₃とZn(OH)₂が過剰NaOHに溶けることを説明できる
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7
系統分離の考え方まとめ
金属イオンの系統分離は、決まった順序で試薬を加え、沈殿するものとしないものを分けていく考え方です。
入試やテストでは、完全な系統分離表を覚えるよりも、代表的なイオンの特徴反応を正確に答えることが重要です。
まずは、Ag⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Zn²⁺の反応を確実にしましょう。
代表的な金属イオンの特徴
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金属イオン
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特徴反応
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覚えるポイント
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Ag⁺
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Cl⁻でAgCl白色沈殿
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AgClはNH₃水に溶ける
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Cu²⁺
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OH⁻で青白色沈殿
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過剰NH₃水で深青色
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Fe²⁺
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OH⁻で緑白色沈殿
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酸化されやすい
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Fe³⁺
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OH⁻で赤褐色沈殿
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赤褐色が重要
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Al³⁺
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OH⁻で白色沈殿
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過剰NaOHで溶ける
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Zn²⁺
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OH⁻で白色沈殿
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過剰NaOHで溶ける
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例題：Cu²⁺を含む水溶液にNH₃水を過剰に加えるとどうなるか。
答え：深青色溶液になる。
Cu²⁺はNH₃と錯イオン [Cu(NH₃)₄]²⁺ をつくり、深青色を示します。
例題：Fe³⁺を含む水溶液にNaOH水溶液を加えると何色の沈殿が生じるか。
答え：赤褐色沈殿
Fe³⁺はOH⁻と反応してFe(OH)₃を生じ、赤褐色沈殿になります。
例題：Al(OH)₃とCu(OH)₂の違いを、過剰NaOHへの溶解性から説明しなさい。
答え：Al(OH)₃は過剰NaOHに溶けるが、Cu(OH)₂は溶けにくい。
Al(OH)₃は両性水酸化物で、過剰OH⁻と錯イオンをつくって溶けます。
確認ポイント
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代表的な金属イオンの沈殿色を答えられる
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過剰試薬で溶ける沈殿を判断できる
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特徴反応から金属イオンを推定できる
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