【化学変化と電池02】 金属イオン(2) 探究

ということで前回は、課題を設定したところで終わりました。

課題:金属の種類によって、イオンのなりやすさに違いがあるのだろうか。



[構想]
金属の種類による違いがあるかということなので、金属は何種類か必要ですね。
そして銀樹の実験のように水溶液に金属を加えて、金属が入れ替わるかをみてみればよいというわけです。
これを異なる金属で総当たり戦をするわけですが、たとえば金属がABCの3種類だったら
Aイオンの水溶液に、金属Bを加える。
Aイオンの水溶液に、金属Cを加える。
Bイオンの水溶液に、金属Aを加える。
Bイオンの水溶液に、金属Cを加える。
Cイオンの水溶液に、金属Aを加える。
Cイオンの水溶液に、金属Bを加える。
の6試合になります。
それと、ABC各イオンと対になる陰イオンも塩化物なら塩化物、硫酸塩なら硫酸塩でそろえておきたい。いわゆるひとつの「変えない条件」ってやつです。
さらに似たような操作を6つもするのでどれがどれかを間違えないようにすることも大切ですね。

[実験]
金属は3種類使います。
銅、亜鉛、マグネシウム
3241-02.jpg

そして硫酸銅、硫酸亜鉛、硫酸マグネシウムの水溶液を作ります(濃度2.5%)
3242-02.jpg 3242-03.jpg
3242-04.jpg 3242-05.jpg

ここでマイクロプレートの登場だ!
今日は12セルのやつをつかう。


A行はCu2+,B行はZn2+、C行はMg2+ということで
A2、A3に硫酸銅水溶液、B1,B3に硫酸亜鉛水溶液、C1、C2に硫酸マグネシウム水溶液を入れます。
3242-06.jpg

さらに1列は銅、2列は亜鉛、C列はマグネシウムということで、
B1,C1に銅片を、A2,C2に亜鉛片を、A3,B3にマグネシウムリボンを加えます
3242-07.jpg

[結果]
するとどうなるか。
A2 Cu2+とZn
左4分後  右20分後  
亜鉛の表面に茶色い銅が取り囲み、心なしか銅イオンの青色が薄まっています。
3242-08.jpg 3242-09.jpg


A3 Cu2+とMg
左4分後  右20分後
泡が発生し、茶色い銅がボロボロと落ちています。
3242-10.jpg 3242-11.jpg


B1 Zn2+とCu
変化がありません。
3242-14.jpg

B3 Zn2+とMg
左5分後  右20分後
泡が発生し、20分後には少し金属が落ちています。
3242-12.jpg 3242-13.jpg

C1 Mg2+とCu
変化がありません。
3242-15.jpg

C2 Mg2+とZn
変化がありません。
3242-16.jpg


てことで、変化があったのはA2,A3、B3
3242-17.jpg
変化なしが B1,C1,C2
3242-18.jpg

ということになります。
3242-19.jpg


[考察]
銅について
A2,A3で、銅が析出したことより、銅イオンが銅原子になった。
B1,C1は銅がそのままだったことから、イオンにはならなかった。
したがって、銅はほかの2つの金属より原子になりやすいと考えられる。

亜鉛について
B1(銅)は銅がそのままだっただったことから亜鉛もイオンのままだったと考えられる。
B3(マグネシウム)はマグネシウムが溶け、金属が出てきたいところから、亜鉛はイオンから原子になった
A2(銅イオン)では亜鉛が泡を出してとけたため、亜鉛イオンになったと考えられる
C2(マグネシウムイオン)は亜鉛に変化がなく、原子のままだった。
したがって、亜鉛は銅よりはイオンになりやすいが、亜鉛よりマグネシウムの方がイオンになりやすいと考えられる。

マグネシウムについて
C1,C2はいずれも加えた金属に変化がなかったところからマグネシウムイオンはそのままだった
A3,B3はマグネシウムリボンが泡を出してとけてたので、マグネシウムイオンにはなった。
したがって、マグネシウムはほかの2つの金属よりイオンになりやすいと考えられる。

以上より、金属の種類によって、イオンのなりやすさに違いがあり、銅、亜鉛、マグネシウムの間ではイオンになりやすい順に、マグネシウム、亜鉛、銅といえます。

おまけ 3日後の様子
A2 A3 銅イオンの青色がなくなっています
3242-20.jpg 3242-21.jpg

B3
3242-22.jpg
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