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アルカリ金属に関する問題 完全攻略チャート①アルカリ金属に関する問題

アルカリ金属元素の単体は,原子番号が大きい(周期表の下に行く)ほど,密度は大きくなる。リチウムは金属・非金属元素の単体の中で最も軽い。

★☆★ 類似点 ★☆★

★☆★ 相違点 ★☆★

アルカリ金属アルカリ金属

Ⅰ.単体に関する問題タイプⅠ.単体に関する問題タイプ

周期表の１族に属する元素には,水素H,リチウムLi,ナトリウムNa,カリウムK,ルビジウムRb,セシウムCs,フランシウムFrがあり,水素を除く元素をアルカリ金属とよぶ。１族の原子は,１個の最外殻電子をもち(図１,表１参照),１個の電子を放出して１価の陽イオンになりやすい。問題のタイプは,主にⅠ～Ⅵまでの６つのタイプがある。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

1

2

3

4

5

6

H

Li

NaK

Rb

Cs

１.Naの単体(チャート①②③参照),酸化物(チャート④参照),　 水酸化物(チャート⑤参照),炭酸水素塩(チャート⑤参照)　 炭酸塩と整理して覚える。２.NaOH,Na2CO3 の工業的製法は超頻出なので確実におさえる。３.類似点・相違点に着目して,まとめて覚える！

Na

★☆★アルカリ金属の覚え方のポイント★☆★ 図１Na原子の電子配置図 表１ 電子配置

3Li

11Na

19K

37Rb

K L M N O

2

8

1

1

1

18 8

18 88

2

2

255Cs 18 18 882

P

1

■ 密度

■ 硬さ

アルカリ金属(典型金属元素)と遷移金属元素との類似点と相違点

■ 融点

Point !

アルカリ金属は自由電子によって金属結合をしている。周期表の下に行くほど,原子半径が大きくなり,単位体積あたりの自由電子の数(１原子あたりの自由電子の数はどれも１個で等しい)が相対的に少なくなり,金属結合が弱くなる。つまり,融点が低くなる。

融点の高さは, Li ＞Na ＞K ＞Rb＞Cs の順となる。

密度の大きさは, Li ＜K ＜Na ＜Rb＜Cs の順となる。

★☆★理由★☆★

Point !

アルカリ金属は,原子半径が最も大きいので,密度は小さくなる。★☆★アルカリ金属が遷移金属より密度が小さい理由★☆★

アルカリ金属の単体は,原子番号が大きい(周期表の下に行く)ほど,融点が低くなる。

金属元素には,典型金属元素(アルカリ金属,アルカリ土類金属等)と遷移金属元素(Cu,Ag等)の２種類がある。典型金属元素と遷移金属元素との類似点と相違点を比較して覚えることがポイントとなる。

アルカリ金属(典型金属元素)

遷移金属元素

ナトリウム,カリウムは軟らかく,ナイフで簡単に切断できる。

① 電気や熱をよく導く。 ② 展性・延性に富む。 ③ 金属光沢をもつ。

融点が高い

Li

NaK

RbCs大

小

LiNaK

RbCs低

高ナトリウム,カリウムの融点は水の沸点より低い。ナトリウム,カリウムの融点は水の沸点より低い。

硬い 重い

軽い 融点が低い比較的軟らかい

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NaCl CaCO3

NH3 CO2

NH3 CO2CO2

CaO

CaCl2

NaHCO3

Na2CO3

NH4Cl Ca(OH)2

①

②

③

④

⑤

アルカリ金属に関する問題 完全攻略チャート⑤

主反応①：NaCl + H2O + NH3 + CO2 → NaHCO3 + NH4Cl

主反応②： 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2

この反応は,水溶液中でCaCO3がすぐに沈殿してしまって, Na2CO3 が得られない！

炭酸水素ナトリウムNaHCO3 を作ってから,NaHCO3 を焼くことによってNa2CO3 を作ろうと考えた！NaHCO3 を作るには,NaHCO3 の構成イオンであるNa＋とHCO3

－を用意して反応させればよい。

アンモニアソーダ法(ソルベー法)とは,ガラス製造など重要な化合物である炭酸ナトリウムNa2CO3 の工業的製法である。この製法について,順を追って説明する。炭酸ナトリウムNa2CO3 を作るには,構成イオンであるNa＋とCO3

2－を用意して反応させればよい。

Na＋はNaClから用意し,HCO3－は二酸化炭素CO2と水H2Oを反応させて用意すればよい！

CO2とH2Oを反応させると,CO2 + H2O → H＋ + HCO3－　となるが,困ったことに,この反応は少ししか

右に進まない。そこで,右に反応を進めるに,ルシャトリエの原理から,H＋を減らしてあげればよい。H＋を減らすには,アルカリで中和してあげればよい。そこで,金属イオンを含まないアンモニアNH3

で中和することを考えた！

そこで

よって,あとは

な,なんと!!

しかし…

そこで考えた方法が

反応式は,2NaCl + CaCO3 → CaCl2 + Na2CO3

全体の反応式は,2NaCl + CaCO3 → CaCl2 + Na2CO3

これが理想の式！これが理想の式！

NaClの飽和水溶液にNH3を十分に吸収させてから,CO2を吹き込むとNaHCO3 が沈殿する。

生成したNaHCO3 の沈殿をろ別し,これを焼くとNa2CO3 が得られる。

■ 次に副反応について…原料は,なるべく回収して安く作りたい。 当時NH3は貴重だった。そこで,リサイクル法を考えた。これが,つまり副反応。NH3は,主反応①で生成した塩化アンモニウムNH4Clから回収する。そこで,水酸化カルシウムCa(OH)2

を用意して,加熱反応させることで,NH3を回収できる。

CO2は,主反応②から半分回収できるが,残り半分は,天然に豊富に存在する石灰岩CaCO3を用意する。CaCO3を熱分解させると,酸化カルシウムCaOとCO2が発生する。

副反応③で使われるCa(OH)2は,副反応④で得られるCaOをH2Oと反応させることで得られる。

上記主反応①,②と副反応③,④,⑤を中間生成物が消えるように足し合わせる(①×２＋②＋③＋④＋⑤)と

理想の式を同じになった！理想の式を同じになった！

つまり,反応を工夫することによって,天然に豊富に存在する岩塩or海水NaClと石灰岩CaCO3からNa2CO3 を製造することができるようになった！

天然に豊富に存在する岩塩or海水NaCl(Na＋)と石灰岩CaCO3(CO32－)を反応させればＯＫ！

副反応③：Ca(OH)2 + 2NH4Cl → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O

副反応④：CaCO3 → CaO + CO2

副反応⑤：CaO + H2O → Ca(OH)2

よって,これらをまとめると

そこで

NaCl + H2O + NH3 + CO2 → Na＋ + HCO3－

+ NH4＋ + Cl－ となり,＋イオンと－イオン

で４通りの組み合わせが考えられるが,炭酸水素ナトリウム(Na＋とHCO3

－の組み合わせ)は溶解度が小さく優先的に沈殿析出する。

Ⅵ.アンモニアソーダ法(ソルベー法)Ⅵ.アンモニアソーダ法(ソルベー法)

沈殿しなければイオンが組み変わって Na2CO3が生成する

炭酸水素塩は,加熱すると炭酸塩と水と二酸化炭素が生成する！

工業的製法で一番厄介！

アルカリ金属 編　東京理科大学　2012年　

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解答解答

以下の文章の空欄にあてはまる最も適当な語句あるいは化合物名を解答群から選べ。同じものを２回以上選んでもよい。水酸化ナトリウムを工業的に作る方法の１つは,　(ア)　水溶液の電気分解である。このとき,陽極に炭素,陰極に鉄を用い,両極間を陽イオン交換膜で仕切ると,陽極からは　(イ)　が,陰極からは　(ウ)　が発生して,　(エ)　極のまわりに水酸化ナトリウムができる。水酸化ナトリウムは二酸化炭素を吸収して　(オ)　を生じる。また,水酸化ナトリウムは空気中の水分を吸収してその水に溶けるが,この現象を　(カ)　という。炭酸ナトリウムは工業的にはアンモニアソーダ法(ソルベー法)により製造される。　(キ)　の飽和溶液にアンモニアを吸収させ，これに　(ク)　を吹き込むと炭酸水素ナトリウムが析出する。この炭酸水素ナトリウムを加熱して炭酸ナトリウムを得る。この方法で副生する塩化アンモニウムを　(ケ)　と反応させてアンモニアを回収する。　炭酸ナトリウム水溶液から，約30℃以下で結晶を析出させると，炭酸ナトリウム十水和物の無色の固体が得られる。これを乾燥した空気中に放置すると白色粉末の炭酸ナトリウム(無水)になるが，この現象を　(コ)　という。

解答群　〔(ア)～(コ)の解答群〕00　水　素�01　酸　素�02　二酸化炭素　　03　塩　素�　04　塩化水素� 05　陽06　陰� 07　水酸化ナトリウム� 08　炭酸ナトリウム　　09　炭酸水素ナトリウム10　塩化ナトリウム　11　水酸化カルシウム　12　水酸化カリウム� 13　水酸化アルミニウム14　融　解　　15　潮　解　　16　風　解　�17　電　解　　　18　加水分解

アルカリ金属 編　 立命館大学　2012年　

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解答解答

　ナトリウムは,イオン化傾向が大きく( あ )個の価電子を( い )して( う )価の( え )になりやすい。また,反応性も大きく(a)常温で水と反応して,水酸化ナトリウムになる。このため,単体のナトリウムは石油中に保存する。水酸化ナトリウムは,白色の固体で,空気中の水蒸気を吸収し,表面が次第に溶け出し,ついには水溶液になる。また,水酸化ナトリウムは,二酸化炭素と反応してベーキングパウダーや入浴剤の原料となる炭酸水素ナトリウムや,ガラスなどの原料として利用される炭酸ナトリウムを生じる。炭酸水素ナトリウムは,塩の種類としては( お )塩で,その水溶液は( か )である。一方,炭酸ナトリウムは,塩の種類としては( き )塩で,その水溶液は( く )である。(b)炭酸水素ナトリウムは加熱すると容易に分解して二酸化炭素を発生するが,炭酸ナトリウムは熱に安定な化合物である。　炭酸ナトリウムの濃い水溶液を室温で放置して水分を蒸発させると,炭酸ナトリウム十水和物の結晶となる。また,炭酸ナトリウム十水和物の結晶を乾いた空気中に放置すると,徐々に水和水が失われ,その結晶の表面が白色粉末状になる。このように結晶が水和水を失う現象を( け )という。

〔１〕文中の( あ )～( え )にあてはまる数字と語句の組み合わせとして,正しいものを下の　　　①～⑥の中から選び,その番号を解答用紙にマークせよ。 　　　　　( あ ) ( い ) ( う )　 ( え )　　　　① 1 放出� 1 陰イオン　　　② 1 吸収� 1 陰イオン　　　③ 1 放出� 1 陽イオン　　　④ 2 吸収� 2 陽イオン　　　⑤ 2 放出� 2 陽イオン　　　⑥ 2 吸収� 2 陰イオン〔２〕　下線部(a)の反応で発生する気体の化学式を記入せよ。〔３〕　文中の( お )～( け )について,最も適当な語句を下の選択肢の中から選べ。①　潮解�②　電解�③　風解�④　融解�⑤　溶解�⑥　正　⑦　酸性� ⑧　中性�⑨　塩基性〔４〕　下線部(b)の反応の化学反応式を記入せよ。

アルカリ金属 編　 関西大学　2012年　

解答解答

次の文の[ ],(　　)および{　　}に入れるのに最も適当なものを,それぞれ[a 群] ,(b　群)および{c　群}から選びなさい。ただし,{　　}には同じ記号を繰り返し用いてもよい。　炭酸ナトリウムNa2CO3はガラス,セッケン,紙などの製造原料として使われている。Na2CO3の主な製造法としては,アンモニアソーダ法(ソルベー法)とその改良法がある。以下の文章はアンモニアソーダ法について述べている。　アンモニアソーダ法で用いる原料は[ 1 ],アンモニアNH3および二酸化炭素CO2である。[ 1 ]の飽和水溶液にNH3を溶かすと,溶液は塩基性となる。ここにCO2を吹き込んでゆくと,CO2は炭酸イオンCO3

2－となって溶け,さらにCO2を吹き込み続けると溶解度の低い炭酸水素ナトリウムNaHCO3が沈殿してくる。その反応は次の①式で表される。[ 1 ] + { (2) }NH3 + { (3) }CO2 + { (4) }H2O → { (5) }NaHCO3 + { (6) }[ 7 ]……①この沈殿を分離して熱分解すれば,②式のようにNa2CO3が得られる。2NaHCO3 → Na2CO3 ＋ CO2 ＋ H2O……②　②式で生成するCO2は,①式の反応に再利用される。しかし,このCO2量だけでは充分でないので,③式に示すように(　(8)　)を熱分解し,必要量のCO2を得ている。(　(8)　) → CO2 + X……③　さらに,③式で生成する化合物Xを水に加えて水酸化物(　(9)　)とし,④式のように[ 7 ]　　と反応させてNH3を回収し,①式の反応に再利用している。{ (10) }[ 7 ] + { (11) }(　(9)　) → { (12) }NH3 + ( (13) ) + { (12) }H2O……④　このように,アンモニアソーダ法では,[ 1 ]の約70％がNa2CO3として利用されている。また,途中の過程で生成する副生成物も無駄なく利用されている。[a 群] 　(ｱ)　Na2SO4 　(ｲ)　NaNO3 　(ｳ)　NaCl 　(ｴ)　(NH4)2SO4 　(ｵ)　NH4NO3 　(ｶ)　NH4Cl(b　群)　(ｱ)　Na2CO3 　(ｲ)　CaCO3 　(ｳ)　NaOH 　(ｴ)　Ca(OH)2 　(ｵ)　Na2SO4 　(ｶ)　NaNO3 (ｷ)　NaCl 　(ｸ)　CaSO4 　(ｹ)　Ca(NO3)2 　(ｺ)　CaCl2{c　群}　(ｱ)　1　　 (ｲ)　2　　 (ｳ)　3　　 (ｴ)　4　　 (ｵ)　5

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アルカリ金属 編　 熊本大学　2012年　

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解答解答

周期表の１族に属するリチウム,ナトリウム,カリウムなどの元素を(　ア　),２族に属するカルシウム,ストロンチウム,バリウムなどの元素を(　イ　)という。(　ア　)のイオン半径の大きさは,同じ周期の(　イ　)よりも(　ウ　)。また,(　ア　)と(　イ　)は天然には単体として存在しないため,(　エ　)によってつくられる。(　ア　)は空気中の酸素や水と反応しやすいため,その保存は(　オ　)の中で行われる。(　イ　)であるカルシウムの確認には,炎色反応が用いられ,(　カ　)色を示す。

問１　文中の(　ア　)～(　カ　)に適切な語句を記せ。問２　炭酸ナトリウムは,ガラスなどの原料として多量に用いられている。炭酸ナトリウム の工業的な製造法の名称を記せ。また,この工程では飽和食塩水に２つの物質を添加し て炭酸水素ナトリウムを沈殿させ,その後,熱分解して炭酸ナトリウムを得る。 飽和食塩水に加えられる２つの物質を化学式で記せ。

アルカリ金属 編　 神戸薬科大学　2012年　

解答解答

水酸化ナトリウムは,塩化ナトリウム水溶液を電気分解してつくられる。工業的製法としてはイオン交換膜法があり,陽イオン交換膜で仕切った容器の陽極側に飽和塩化ナトリウム水溶液,陰極側に水を入れた図のような装置が使われる。　このとき,陽極と陰極でおこる反応をe－を含むイオン反応式で書くと,陽極：[　　　　ア　　　　]　　陰極：[　　　　イ　　　　]となる。上記の反応によって,陽極側で[　ウ　]イオンが減少し,陰極側で[　エ　]イオンが増加する。その電荷を打ち消すために[　オ　]イオンが陽極側から陰極側へ陽イオン交換膜を通って移動してくる。結果として,陰極側に水酸化ナトリウム水溶液が生成する。これを濃縮すると,純度の高い水酸化ナトリウムが得られる。　この装置を用いて[　カ　]A(アンペア)の電流を1時間4分20秒流したとき,陽極から標準状態で4.48Lの気体が発生し,陰極側に水酸化ナトリウム水溶液が生成した。

文中の[　ア　]～[　カ　]に適切な式,語句または数値を記入せよ。数値は有効数字2桁で答えよ。ファラデー定数は,F＝9.65×104C/molとする。

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アルカリ金属 編　 東京大学　2012年　

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解答解答

水酸化ナトリウム(NaOH)は,工業的には食塩水の電気分解によって製造される。現在は主に,隔膜法やイオン交換膜法が用いられている。これらの方法では,図2－1に示すように,電解槽内部が隔膜もしくはイオン交換膜により,陽極室と陰極室に分けられている。

陽極室では,次の反応がおこり,　ⅰ　 　A　 → ⅱ　 　B　 ＋ 2e－�……(１)陰極室では,次の反応がおこる。　ⅲ　 　C　 ＋ 2e－ →　 ⅳ　 　D　 ＋ ⅴ　 OH－……(２)隔膜法では,陰極室からの流出液にNa＋,Cl－,OH－が含まれるため,純度の高いNaOHを得るために,蒸発濃縮が必要である。一方,イオン交換膜法では,イオン交換膜が 　　　E　　　のみを選択的に透過させるため,純度の高いNaOHを得ることができる。問１　本文中の　 ⅰ　 ～ 　Ⅴ　 に適切な数値を,　 A　 ～　 F 　に適切な化学式(イオン式を 含む)を入れよ。問２　イオン交換膜法により食塩水の電気分解を行っていたところ,イオン交換膜に亀裂が生じ,　　　新たに漂白作用を示す塩が生成した。この塩の物質名と,生成する際の反応式を記せ。

アルカリ金属 編　和歌山大学 改　2011年　

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解答解答

次の文章を読んで,以下の問いに答えなさい。計算問題の答えは,四捨五入して有効数字２桁で答えなさい。１．陽極に黒鉛,陰極に鉄を用いて塩化ナトリウムを融解して電気分解すると,陰極に　(A)　 が析出する。(１)　(A)　は空気中で速やかに酸化される。２．陽極に黒鉛,陰極に鋼を用い,(２)両極間を陽イオン交換膜で仕切って塩化ナトリウムの飽和 水溶液を電気分解すると,(３)陰極では　(B)　が発生する。陰極付近の水溶液を濃縮すると 　(C)　が得られる。(４)　(C)　は固体でも水溶液でも二酸化炭素をよく吸収する。他方,　 (５)陽極からは塩素が発生する。問１　(A)にあてはまる物質の名称を書け。問２　下線部(１)の化学反応式を答えなさい。問３　下線部(２)の膜で仕切る理由を25字程度で答えなさい。問４　下線部(３)の陰極で起こるイオン反応式を答えなさい。問５　下線部(４)の化学反応式を答えなさい。問６　下線部(５)の陽極で起こるイオン反応式を答えなさい。また,この塩化ナトリウム飽和　　　水溶液を1.0Aの電流で112分30秒間,電気分解した。発生する塩素の体積は標準状態で何L　　　か答えなさい。ただし,塩素は水に溶けないものとする。　　　ファラデー定数は,F＝9.65×104C/molとする。

アルカリ金属 編　 立命館大学　2011年　

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解答解答

　周期表1族には,水素とアルカリ金属元素が含まれる。これらに共通な電子配置は,価電子の数が1個であることである。アルカリ金属元素は(　あ　)が小さいので,陽イオンになりやすい。アルカリ金属元素の単体は周期表の下にある元素ほど,密度は大きく,融点は(　い　)。アルカリ金属元素の単体は,空気中の(　う　)や水蒸気に触れないように石油中に保存する。　(a)金属ナトリウムは水に入れると,常温でも激しく反応する。ナトリウムの水酸化物である水酸化ナトリウムは白色の固体であるが,湿った空気中では水分を吸収して固体表面がぬれてくる。この現象を　A　という。また,(b)ナトリウムをはじめとするアルカリ金属元素の化合物を,白金線につけてバーナーの外炎に入れると,元素特有の色を示す。このように呈色する現象を　B　という。　(c)炭酸ナトリウムは,工業的には,塩化ナトリウムの飽和水溶液にアンモニアと二酸化炭素を吹き込み,炭酸水素ナトリウムの沈殿をつくり,これを集めて焼くことによりつくられる。これをアンモニアソーダ法という。

〔１〕　文章中の(　あ　)～(　う　)について,最も適当な語句を下の選択肢の中から選べ。①　陽性�②　陰性 ③　電気陰性度� ④　イオン化エネルギー ⑤　金属性� ⑥　非金属性⑦　高い�⑧　低い ⑨　ヘリウム�⑩　窒素 ⑪　水素 � ⑫　酸素 ⑬　アルゴン〔２〕　文章中の下線部(a)の化学反応式を,記入せよ。〔３〕　文章中の　A　および　B　にあてはまる最も適当な語句を記入せよ。〔４〕　文章中の下線部(b)において,ナトリウム化合物が示す特有の色は何色か。 最も適当な色を下の選択肢の中から選べ。　　　①　紫� 　②　青�　　③　青緑　　　④　緑 　　　⑤　黄�　　 ⑥　赤〔５〕　文章中の下線部(c)の反応を用いた炭酸ナトリウムの製造方法を開発した人は誰か。 最も適当な人名を下の選択肢の中から選べ。　①　ラボアジエ ②　ヘス� ③　オストワルト� ④　ソルベー ⑤　ウェーラー �⑥　ケクレ

アルカリ金属 編　 近畿大学　2011年　

解答解答

( A )～( G )には最も適当な語句を,( H )～( J )には最も適当な化学反応式を記せ。

　アルカリ金属の原子半径は原子番号が大きくなるほど( A )くなり,イオン化エネルギーは原子番号が大きくなるほど( B )くなる。第4周期までのアルカリ金属の中で黄色の炎色反応を示す金属は( C )であり,赤色の炎色反応を示す金属は( D )である。アルカリ金属の一つであるナトリウムの主な資源は岩塩であり,その主成分はNaClである。金属ナトリウムは,工業的には融解塩の電気分解によって得られる。ナトリウムの単体は反応性に富み,空気中ではすみやかに( E )され銀白色の金属光沢を失う。また,ナトリウムの単体は水と激しく反応する。ナトリウムの炭酸塩である炭酸ナトリウムは,ガラスなどの原料として多量に用いられ,工業的には( F )法で製造される。炭酸ナトリウムに塩酸を加えると,( G )(気体)が発生する。

下線部に関して,炭酸ナトリウムの製造過程を右図に記す。図中の(a)は炭酸カルシウムの熱分解反応,(b)は炭酸水素ナトリウムの生成反応,(c)は炭酸ナトリウムの生成反応である。(a)～(c)の反応を,それぞれ化学反応式で表すと,(a)( H ),(b)( I ),(c)( J )である。

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アルカリ金属 編　 日本大学　2010年　

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解答解答

炭酸ナトリウムに関する次の記述で,正しいものの組合せを下記から選べ。

(a)　炭酸カルシウムと塩化ナトリウムを原料として炭酸ナトリウムを合成する方法が, アンモニアソーダ法(ソルベー法)である。(b)　アンモニアソーダ法で循環(再利用)する物質は,二酸化炭素と塩化アンモニウムである。(c)　炭酸水素ナトリウム1molを加熱すると,二酸化炭素1molが発生する。(d)　炭酸ナトリウムを水に溶解させると,二酸化炭素が発生するため水溶液は酸性を示す。(e)　炭酸ナトリウムを水溶液から再結晶させると,炭酸ナトリウム十水和物が得られる。

①　(a),(b)　 ②　(a),(c)　 ③　(a),(d) 　④　(a),(e)⑤　(b),(c) 　⑥　(b),(d) 　⑦　(b),(e) 　⑧　(c),(d)⑨　(c),(e) 　⑩　(d),(e)

アルカリ金属 編　東京理科大学　2012年　

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解答解答

以下の文章の空欄にあてはまる最も適当な語句あるいは化合物名を解答群から選べ。同じものを２回以上選んでもよい。水酸化ナトリウムを工業的に作る方法の１つは,　(ア)　水溶液の電気分解である。このとき,陽極に炭素,陰極に鉄を用い,両極間を陽イオン交換膜で仕切ると,陽極からは　(イ)　が,陰極からは　(ウ)　が発生して,　(エ)　極のまわりに水酸化ナトリウムができる。水酸化ナトリウムは二酸化炭素を吸収して　(オ)　を生じる。また,水酸化ナトリウムは空気中の水分を吸収してその水に溶けるが,この現象を　(カ)　という。炭酸ナトリウムは工業的にはアンモニアソーダ法(ソルベー法)により製造される。　(キ)　の飽和溶液にアンモニアを吸収させ，これに　(ク)　を吹き込むと炭酸水素ナトリウムが析出する。この炭酸水素ナトリウムを加熱して炭酸ナトリウムを得る。この方法で副生する塩化アンモニウムを　(ケ)　と反応させてアンモニアを回収する。　炭酸ナトリウム水溶液から，約30℃以下で結晶を析出させると，炭酸ナトリウム十水和物の無色の固体が得られる。これを乾燥した空気中に放置すると白色粉末の炭酸ナトリウム(無水)になるが，この現象を　(コ)　という。

解答群　〔(ア)～(コ)の解答群〕00　水　素�01　酸　素�02　二酸化炭素　　03　塩　素�　04　塩化水素� 05　陽06　陰� 07　水酸化ナトリウム� 08　炭酸ナトリウム　　09　炭酸水素ナトリウム10　塩化ナトリウム　11　水酸化カルシウム　12　水酸化カリウム� 13　水酸化アルミニウム14　融　解　　15　潮　解　　16　風　解　�17　電　解　　　18　加水分解

ア　10 塩化ナトリウム

イ　03 塩　素

ウ　00 水　素

エ　06 陰

オ　08 炭酸ナトリウム

カ　15 潮　解

キ　10 塩化ナトリウム

ク　02 二酸化炭素

ケ　11 水酸化カルシウム

コ　16 風　解

アンモニアソーダ法

水酸化ナトリウムは二酸化炭素を吸収して,炭酸ナトリウムが生成する。2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O炭酸ナトリウムにさらに,二酸化炭素を吸収させると,炭酸水素ナトリウムが生成する。Na2CO3 + H2O + CO2 → 2NaHCO3

Na2CO3・10H2O → 風解 ☆イメージ　風解→風→さらさらNaOH,KOH → 潮解　　☆イメージ　潮解→海→べとべと

Na2CO3・10H2O → 風解 ☆イメージ　風解→風→さらさらNaOH,KOH → 潮解　　☆イメージ　潮解→海→べとべと

主反応①：NaCl + H2O + NH3 + CO2 → NaHCO3 + NH4Cl主反応②： 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2

副反応③：Ca(OH)2 + 2NH4Cl → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O副反応④：CaCO3 → CaO + CO2

副反応⑤：CaO + H2O → Ca(OH)2

全体の反応式：2NaCl + CaCO3 → CaCl2 + Na2CO3

陽イオン交換膜法の覚えるポイント

陽極

陰極 －＋

陽イオン交換膜濃NaOHaq淡NaClaq

飽和NaClaq 希NaOHaq

Cl－

Cl－

H2O

H2OH2O

H2O

Cl2 H2

Na＋Na＋Na＋

Na＋

Na＋

C FeOH－

OH－

OH－陽極室

陰極室

① 陽極室に飽和NaClaq,陰極室に薄いNaOHaq or水を入れる。② 陽極室でCl－イオンが減少し,陰極室でOH－イオンが増加する。　 電荷を打ち消すためにNa＋イオンが陽極室から陰極室へ 陽イオン交換膜を通って移動する。③ 陰極室にNaOHaqが生成する。④ 陽極での反応式：2Cl－ → Cl2 ＋ 2e－

　 陰極での反応式：2H2O ＋ 2e－ → H2 + 2OH－

　 全体での反応式：2Cl－ + 2H2O → Cl2 ＋ H2 + 2OH－ or　　　　　　　　 2NaCl + 2H2O → Cl2 ＋ H2 + 2NaOH

アルカリ金属 編　 東京大学　2012年　

http://fastliver.com/ Manabu Sato(C) 2013

解答解答

水酸化ナトリウム(NaOH)は,工業的には食塩水の電気分解によって製造される。現在は主に,隔膜法やイオン交換膜法が用いられている。これらの方法では,図2－1に示すように,電解槽内部が隔膜もしくはイオン交換膜により,陽極室と陰極室に分けられている。

陽極室では,次の反応がおこり,　ⅰ　 　A　 → ⅱ　 　B　 ＋ 2e－�……(１)陰極室では,次の反応がおこる。　ⅲ　 　C　 ＋ 2e－ →　 ⅳ　 　D　 ＋ ⅴ　 OH－……(２)隔膜法では,陰極室からの流出液にNa＋,Cl－,OH－が含まれるため,純度の高いNaOHを得るために,蒸発濃縮が必要である。一方,イオン交換膜法では,イオン交換膜が 　　　E　　　のみを選択的に透過させるため,純度の高いNaOHを得ることができる。問１　本文中の　 ⅰ　 ～ 　Ⅴ　 に適切な数値を,　 A　 ～　 F 　に適切な化学式(イオン式を 含む)を入れよ。問２　イオン交換膜法により食塩水の電気分解を行っていたところ,イオン交換膜に亀裂が生じ,　　　新たに漂白作用を示す塩が生成した。この塩の物質名と,生成する際の反応式を記せ。

ⅰ　２

ⅱ　１

ⅲ　２

ⅳ　１

ⅴ　２

A　 Cl－

B 　Cl2

C　 H2O

D　 H2

E　 Na＋

問１

問２ 次亜塩素酸ナトリウム，Cl2 ＋ 2NaOH → NaCl ＋ NaClO ＋ H2O

発生したCl2は酸性の気体なので,塩基性であるNaOHと反応して,次亜塩素酸ナトリウムNaClOが生成する。

陽イオン交換膜法の覚えるポイント

陽極

陰極 －＋

陽イオン交換膜濃NaOHaq淡NaClaq

飽和NaClaq 希NaOHaq

Cl－

Cl－

H2O

H2OH2O

H2O

Cl2 H2

Na＋Na＋Na＋

Na＋

Na＋

C FeOH－

OH－

OH－陽極室

陰極室

① 陽極室に飽和NaClaq,陰極室に薄いNaOHaq or水を入れる。② 陽極室でCl－イオンが減少し,陰極室でOH－イオンが増加する。　 電荷を打ち消すためにNa＋イオンが陽極室から陰極室へ 陽イオン交換膜を通って移動する。③ 陰極室にNaOHaqが生成する。④ 陽極での反応式：2Cl－ → Cl2 ＋ 2e－

　 陰極での反応式：2H2O ＋ 2e－ → H2 + 2OH－

　 全体での反応式：2Cl－ + 2H2O → Cl2 ＋ H2 + 2OH－ or　　　　　　　　 2NaCl + 2H2O → Cl2 ＋ H2 + 2NaOH

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