気体の性質は、「各気体がどんな性質をもつか」をそれぞれ覚えるより、「同じ性質をもつ気体は何か」「なぜ同じ性質をもつのか」に着目して覚える。

gas-property

検索用コード
気体の色と臭い}気体の色} \\\hline \textcolor{blue}{\ce{O3}} 淡青色} \\ \textcolor{blue}{\ce{Cl2}}黄緑色} \\ \textcolor{blue}{\ce{NO2}}赤褐色} \\ \textcolor{blue}{\ce{F2}淡黄色}} \\\hline 気体の臭い} \\\hline \textcolor{red}{腐卵臭} H2S}} \\ \textcolor{cyan}{特有の臭い}\ce{O3}} \\ \textcolor{magenta}{刺激臭}{Cl2},\ \ce{NO2},\ \ce{SO2},\ \ce{NH3},\ \ce{HCl}} \\\hline 気体の水溶性・水溶液の性質・捕集法}} \\[.5zh] \phantom{ [1]}\ \ \mbox{\boldmath $\begin{cases} \textcolor{cyan}{水に溶ける}\ \textcolor{red}{塩基性・上方置換}\ :\textcolor{red}{\ce{NH3}} \\[.3zh] \textcolor{cyan}{酸 性・下方置換}\ :\textcolor{cyan}{\ce{HCl},\ \ce{NO2},\ \ce{Cl2},\ \ce{SO2},\ \ce{H2S},\ \ce{HF},\ \ce{CO2}}(\textcolor{magenta}{無臭}) \textcolor{purple}{水に溶けない}(\textcolor{purple}{中性・水上置換}):\textcolor{purple}{\ce{H2},\ \ce{O2},\ \ce{O3},\ \ce{N2},\ \ce{CO},\ \ce{NO},\ \ce{CH4},\ \ce{C2H2},\ 希ガス} \ce{NH3}\,は基本仲間はずれである.\ \textbf{酸性・塩基性は,\ 水に溶けて初めて示す.} \\[.2zh] \textbf{酸性・塩基性の気体は基本的に有毒・有臭}だが,\ \bm{\ce{CO2}\,のみ無毒・無臭}である. \\[.2zh] 逆に,\ 中性気体の中では,\ \ \bm{\ce{O3}\,が有毒・有臭,\ \ce{CO}が有毒}である. \\[1zh] \textbf{水は極性分子}であるから,\ 同じように\bm{極性をもつ分子は水に溶けやすい.} \\[.2zh] 逆に,\ 水に溶けない気体は,\ 単体や無極性のものが多い. \\[.2zh] また,\ \ce{C-H}結合は疎水性であるから,\ 炭化水素の気体は水に溶けにくい(有機化学). \\[.2zh] その他,\ 二酸化化合物は水に溶けやすく,\ 一酸化化合物は溶けにくいという傾向も見て取れる. \\[1zh] \bm{\ce{CO2}\,と\ce{Cl2}\,は無極性だが,\ 水に少し溶ける.} \\[.5zh] \bm{\ce{CO2}} \ce{CO2 + H2O H2CO3}\ (炭酸) \\[.3zh] \bm{\ce{Cl2}} \ce{Cl2 + H2O HCl + HClO}\ (次亜塩素酸) 原子量\ \ce{N}=14,\ \ce{O}=16\ とする. \\[.2zh] 空気(組成:窒素80\%,\ 酸素20\%)の平均分子量は,\ 28\times\bunsuu{80}{100}+32\times\bunsuu{20}{100}=28.8\ である. \\[.2zh] \textbf{水に溶け,\ 空気(28.8)より分子量が軽い気体は上方置換,\ 重い気体は下方置換}で捕集する. \\[.2zh] \ce{HF}は分子量20\ だが,\ 実際には二量体\,\ce{(HF)_2}\,(40)\ として存在しているため,\ 下方置換で捕集する. 気体の乾燥方法}} \  \textcolor{cyan}{酸性}乾燥剤:\textcolor{cyan}{\ce{P4O_{10}}}\text{(十酸化四リン)},\ \textcolor{cyan}{\dot{濃}硫酸}\text{(\ce{H2SO4})}{塩基性}気体には\textcolor{red}{不適}) \\[.2zh]  \textcolor{purple}{中性}乾燥剤:\ \textcolor{purple}{シリカゲル},\ \textcolor{purple}{\ce{CaCl2}}\,\text{(塩化カルシウム)} {NH3}だけには不適}) \\[.2zh] \textcolor{orange}{塩基性}乾燥剤:\ \textcolor{orange}{生石灰\ce{CaO}},\ \textcolor{orange}{ソーダ石灰}\text{(\ce{CaO + NaOH})} (\textcolor{cyan}{酸性}気体には\textcolor{red}{不適}) 酸性気体の\ce{H2S}と濃硫酸の組み合わせも不適.}$} \\[.2zh] \phantom{ [1]}\ \ \ce{H2S}は還元剤で,\ 濃硫酸は酸化力をもつので,\ 酸化還元反応してしまう. \\[.2zh] \phantom{ [1]}\ \ \ce{H2SO4 + 3H2S 4S + 4H2O} 気体と乾燥剤は反応しない組み合わせで使用しなければならない. \\[.2zh] \ce{CaCl2}\,と\ce{NH3}\,は反応して\ce{CaCl2}・\ce{8NH3}\,を作成してしまう. \\[.2zh] 半反応式  酸化剤\ \ce{H2SO4 + 6H+ + 6e- S + 4H2O}  還元剤\ \ce{H2S S + 2H+ + 2e-} \\[.2zh] 結局,\ \ce{H2SO4}の\ce{S}(+6)と\ce{H2S}の\ce{S}(-2)から単体\ce{S}(0)ができる. \end{array}}\right]$}} \\\\\\\\  $[4]$\ \ \textbf{\textcolor{blue}{気体の酸化性・還元性}} \\[.5zh] \phantom{ [1]}\ \ $\bm{\begin{cases} \textcolor{cyan}{酸化作用}のある気体 \textcolor{cyan}{\ce{F2},\ \ce{Cl2},\ \ce{O2},\ \ce{O3},\ \ce{NO2}} \\[.2zh] \textcolor{magenta}{還元作用}のある気体 \textcolor{magenta}{\ce{NO},\ \ce{SO2},\ \ce{H2S},\ \ce{H2}(高温),\ \ce{CO}(高温)} 気体の検出方法}}  *色や臭い以外. \\[.5zh] 試験管にとって点火すると,\ \textbf{燃焼による\textcolor{magenta}{爆鳴音}}が生じる. \\ {2H2 + O2 2H2O} \\ \hline \textbf{\ce{O2}} 線香の火を入れると,\ \textbf{\textcolor{magenta}{激しく炎を上げて燃える.}} \\ \hline \textbf{\ce{CO}} 完全燃焼し,\ \textbf{\textcolor{blue}{青色の炎}}をあげる.     \ce{2CO + O22CO2} \\ \hline }{石灰水(\ce{Ca(OH)2}水溶液)を白濁}}する. \\ \textbf{\ce{CO2}}  {\boldmath \ce{Ca(OH)2 + CaCO3 v}\ (\bm{白濁}) + \ce{H2O}} \\ 塩基+酸性酸化物\c塩+水}) \\ \hline \multirow{2}*{\textbf{\ce{HCl},\ \ce{NH3}}} 近づけると\textbf{\textcolor{red}{白煙\ \ce{NH4Cl}}}を生じる. \\ {HCl + NH3 NH4Cl}\ (\bm{白煙})} (\textcolor[named]{ForestGreen}{中和反応}) \\ \hline \textbf{\ce{NH3}} \textbf{\textcolor{red}{赤色}リトマス紙を\textcolor{blue}{青変}.} 溶液は,\ \textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{ネスラー試薬}で\textcolor[named]{BrickRed}{赤褐色沈殿.}} \\ \hline \multirow{3}*{\textbf{\ce{Cl2},\ \ce{O3}}} \textbf{\textcolor{blue}{ヨウ化カリウムデンプン紙を青色}}にする. \\ [0zh] \text{$まず,\ 強い酸化力で,\ \ce{2}\mathRM{I}^- \\mathRM{I}\ce{_2 + 2e-}が起こる.$} \\ $さらに,\ 生じた\mathRM{I}\ce{_2}\,の\textbf{\textcolor{purple}{ヨウ素デンプン反応}}で青色になる.$} \\ \hline \multirow{3}*{\textbf{\ce{Cl2}}}{湿らせた\textcolor{blue}{青色}リトマス紙が\textcolor{red}{赤変}後,\ \textcolor{cyan}{脱色され白変}する(\textcolor{red}{漂白性・脱色性}).} \\ [0zh] まず,\ 水に少し溶ける. \ce{Cl2 + H2O <=> HCl + HClO} \\ \ce{HCl}がリトマス紙を赤変,\ \ce{HClO}が\textbf{\textcolor{cyan}{強酸化作用}}でリトマス紙を漂白する. \\ \hline \textbf{\ce{O3}} }{酸化作用}}によるリトマス紙の\textbf{\textcolor{red}{漂白性・脱色性.}} \\ \hline \textbf{\ce{SO2}}{還元作用}}によるリトマス紙の\textbf{\textcolor{red}{漂白性・脱色性.}} \\ \hline \multirow{2}*{\textbf{\ce{NO}}} 空気中の\ce{O2}と反応し,\ すぐに\textbf{\textcolor[named]{BrickRed}{赤褐色の\ce{NO2}}}になる. \\  {\boldmath \ce{2NO\,(無色) + O2 -2NO2}\,(\bm{\textcolor[named]{BrickRed}{赤褐色}})} \\ \hline \multirow{2}*{\textbf{\ce{H2S}}} 酢酸鉛試験紙を黒変}}する. \\ \ce{(CH3COO)2Pb + H2S PbS v}\ (\bm{黒沈}) + \ce{2CH3COOH} (\textcolor[named]{ForestGreen}{沈殿生成反応}) \\ \hline H2S},\ \ce{SO2}}}水溶液が白濁}}する. \\ 2H2S + SO2 3S v} (\bm{白濁}) + \ce{2H2O} 酸化還元反応}) \\ \hline \end{array}$} \\\\[.5zh] \centerline{{\small $\left[\textcolor{brown}{\begin{array}{l} この他,\ \bm{酸性の気体は\textcolor{blue}{青色}リトマス紙を\textcolor{red}{赤変}}させる.