気体の性質（色・臭い・水溶性・捕集法・毒性・乾燥法・酸化還元性・検出法）

気体の性質 [1] 気体の色と臭い 気体の色 O₃　淡青色 Cl₂　黄緑色 NO₂　赤褐色 F₂　淡黄色 気体の臭い 腐卵臭　H₂S 特有の臭い　O₃ 刺激臭　Cl₂, NO₂, SO₂, NH₃, HCl [2] 気体の水溶性・水溶液の性質・捕集法 水に溶ける 　塩基性・上方置換：NH₃ 　酸性・下方置換：HCl, NO₂, Cl₂, SO₂, H₂S, HF, CO₂（無臭） 水に溶けない（中性・水上置換）：H₂, O₂, O₃, N₂, CO, NO, CH₄, C₂H₂, 貴ガス NH₃は基本仲間はずれである。酸性・塩基性は、水に溶けて初めて示す。 酸性・塩基性の気体は基本的に有毒・有臭だが、CO₂のみ無毒・無臭である。 逆に、中性気体の中では、O₃が有毒・有臭、COが有毒である。 水は極性分子であるから、同じように極性をもつ分子は水に溶けやすい。 逆に、水に溶けない気体は、単体や無極性のものが多い。 また、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）。 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。 CO₂とCl₂は無極性だが、水に少し溶ける。 　CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃（炭酸） 　Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO（次亜塩素酸） 原子量 N = 14, O = 16 とする。 空気（組成：窒素80%, 酸素20%）の平均分子量は、28×80/100 + 32×20/100 = 28.8 である。 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。 HFは分子量20だが、二量体 (HF)₂（40）や多量体として存在しているため、下方置換で捕集する。 [3] 気体の乾燥方法 酸性乾燥剤：P₄O₁₀（十酸化四リン）, 濃硫酸（H₂SO₄）　（塩基性気体には不適） 中性乾燥剤：シリカゲル, CaCl₂（塩化カルシウム）　（NH₃だけには不適） 塩基性乾燥剤：生石灰 CaO, ソーダ石灰（CaO + NaOH）　（酸性気体には不適） 酸性気体のH₂Sと濃硫酸の組み合わせも不適。 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。 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。 CaCl₂とNH₃は反応してCaCl₂・8NH₃を作成してしまう。 半反応式： 　酸化剤　H₂SO₄ + 6H⁺ + 6e⁻ → S + 4H₂O 　還元剤　H₂S → S + 2H⁺ + 2e⁻ 結局、H₂SO₄のS(+6)とH₂SのS(–2)から単体S(0)ができる。 [4] 気体の酸化性・還元性 酸化作用のある気体：F₂, Cl₂, O₂, O₃, NO₂ 還元作用のある気体：NO, SO₂, H₂S, H₂（高温）, CO（高温） [5] 気体の検出方法（色や臭い以外） H₂：試験管にとって点火すると、燃焼による爆鳴音が生じる。 　2H₂ + O₂ → 2H₂O O₂：線香の火を入れると、激しく炎を上げて燃える。 CO：完全燃焼し、青色の炎をあげる。 　2CO + O₂ → 2CO₂ CO₂：石灰水（Ca(OH)₂水溶液）を白濁する。 　Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓（白濁） + H₂O 　（塩基 + 酸性酸化物 → 塩 + 水） HCl, NH₃：近づけると白煙NH₄Clを生じる。 　HCl + NH₃ → NH₄Cl（白煙）　（中和反応） NH₃：赤色リトマス紙を青変。溶液はネスラー試薬で赤褐色沈殿。 Cl₂, O₃：ヨウ化カリウムデンプン紙を青色にする。 　まず、強い酸化力で 2I⁻ → I₂ + 2e⁻ が起こる。 　さらに、生じたI₂のヨウ素デンプン反応で青色になる。 Cl₂：湿らせた青色リトマス紙が赤変後、脱色され白変する（漂白性・脱色性）。 　まず、水に少し溶ける。Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO 　HClがリトマス紙を赤変、HClOが強酸化作用でリトマス紙を漂白する。 O₃：酸化作用によるリトマス紙の漂白性・脱色性。 SO₂：還元作用によるリトマス紙の漂白性・脱色性。 NO：空気中のO₂と反応し、すぐに赤褐色のNO₂になる。 　2NO（無色） + O₂ → 2NO₂（赤褐色） H₂S：酢酸鉛試験紙を黒変する。 　(CH₃COO)₂Pb + H₂S → PbS↓（黒沈） + 2CH₃COOH（沈殿生成反応） H₂S, SO₂：水溶液が白濁する。 　2H₂S + SO₂ → 3S↓（白濁） + 2H₂O（酸化還元反応） この他、酸性の気体は青色リトマス紙を赤変させる。