金属と酸

メンバー:飯野、高見、山口

 

―動機― 

金属は、僕達人間の生活にとって、欠くことのできないものとなって

いる。金属は、「柔らかいもの」から「硬いもの」、「重いもの」から

     「軽いもの」まで、種類は様々である。また、それらの金属を溶かす

     酸にも、多くの種類があり、pHも異なっている。酸と金属にはたく

さんの種類があるが、それぞれどのような特徴や相性があるのか、ま

     た、なぜ金属は酸に溶かされるのか調べようと思った。

 

―用意した物―

<亜鉛>原子量…65.39 密度…7.133

     <鉛>原子量…207.2 密度…11.35

     <銅>原子量…63.55 密度…8.96

     <アルミ>原子量…26.98 密度…2.6989    

http://www2d.biglobe.ne.jp/~chem_env/i/ssd1.htmlより引用

      <酢酸>モル濃度…1.64mol/l 50ml

          <硫酸>モル濃度…1.67mol/l 50ml

          <塩酸>モル濃度…1.13mol/l 50ml

―実験@―

<金属と酸の反応>

 

実験の期間は一週間で、気温は昼は暖房がついているので大体22℃、夜は13℃くらいの

状況の中で実験しました。

この表の値は金属の減少量の割合をパーセントにしたものです。

この表を見ると、鉛は金属の中でもあまり反応しておらず、硫酸は亜鉛と銅にたくさん反応しています。鉛と一番溶ける酸は?との質問がありましたが、鉛とよく溶ける酸は一番酸化力が強い硝酸だと予想しました。

硫酸と鉛、酢酸と銅があまり反応していないことがわかります。硫酸と鉛は本当は反応しなければいけないはずなのですが、反応しませんでした。その理由として反応したことにより、PbSO4が生じ、金属に膜ができ、それによって反応しなかったと考えられます。

先ほどの結果からは、銅と反応しています。

その時に、硫酸と銅は教科書どおり液体の色が青色にかわったのですが、塩酸と銅は液体の色が緑色に変化するという奇妙な結果がえられました。塩酸と銅は先ほどもいったように反応しないはずなのに、なぜ反応したかという原因を突き止めるために何回も同じ実験をしましたが、反応はせず、はじめの結果がえられないことから最初は実験がうまくいかなかったことがわかりました。

そしてその理由がなぜか考えると金属が酸化していてその酸化していた部分と酸が反応したため違う反応がおこり銅がとけたと仮定して、試しに金属を酸化して試してみましたが、おもうような結果はえられず、結局なぜ失敗したかという理由を、つきとめることはできませんでした。

銅を溶かすのは酸化力の強いものだと想定して、塩酸に硫酸を825528の割合でまぜて、予備実験として試してみましたが結局どれも緑色の変化はみられず、実験したときに硫酸がまちがってまざっていたということも違うことがわかりました。

 

―実験A―

<モル濃度の違い>

実験@で一番反応の大きかった硫酸と亜鉛を用意して、モル濃度の違いによっての反応の違いを調べた。

モル濃度の違う硫酸を三つ用意し、亜鉛との反応の違いを調べました。

Aは0.1mol/l、Bは0.5mol/l、Cは1.0mol/lです。

僕たちはモル濃度が高いほど反応も大きくなると予想しました。

158時間で、昼は気温20℃で夜は10℃の中、実験してみました。

減少量で表すと次のようになった。

A(0.1mol/l)減少量0.11g全体の21

B(0.5mol/l)減少量0.37g全体の70

1.0mol/l)減少量0.52g全体の92

グラフに直すと次のようになりました。

    

 

B(0.5mol/l)減少量0.37g全体の70%

C(1.0mol/l)減少量0.52g全体の92%

僕たちが予想した通りモル濃度が高ければ高いほど金属との反応は大きいことがわかりました。

 

―実験B―

<気温の差の違い>

詳しい温度は求めていないのだけれど、夜と昼との気温の差から調べてみたところ、上のグラフから、31.557時間の所は時間帯では昼にあたり、角度が急なことがわかります。

しかし、105110.75時間の所は時間帯では夜にあたり、角度があまりなくて、平なことがわかります。このことから昼のほうが反応が大きかったことがわかります。

僕達が予想した通り、気温の高いほうが反応は大きくなりました。

熱により分子の動く速さが活発になり、そのことによって反応が大きくなったと考えられる。

 

―実験C―

<かくはんの有無の違い>

 

かくはんの有無によっての反応の違いを調べた。

かくはんしたほうが硫酸の分子の運動の速さが速くなるため、反応も激しくなると予想しました。

最初はかくはんしのスピードが遅く金属とビーカーがふれていなかったため反応があまりかわらず、僕たちが予想した結果がえられなかったのですが途中からかくはんしのスピードをあげさらに亜鉛がビーカーとかくはんしに衝突するように回転させると、Aのかくはんした方がBのかくはんしてない方より反応が大きくなりました。

この理由として、Aのかくはんしのスピードを速くする分金属とかくはんしが出会う機会が増え、ビーカーと金属とが衝突する瞬間にその衝撃のエネルギーで金属の反応が大きくなったからではないかと考えました。

 

―まとめー

金属と酸の反応を一番大きくする方法!!

@     モル濃度を高くする。

A     ビーカーと金属の触れ合う回数を多くするためかくはんする。

B     温度を高くする。

 

―反省点―

表面積の違いによっての反応の違いも調べたかったのですが、時間がなかったので、調べることができなかったことと、塩酸と銅が反応したことについてもっと詳しく調べて、原因をつきとめたかったのですが、時間と知識のなさから、つきとめることができませんでした。

 

―感想―

金属と酸の関係について実験をした結果、酸のモル濃度が高いものや、温度が高いもの、かくはんしたものがよく溶けたなど、ほとんどが予想した通りの結果が得られ、教科書で習ったことを自分たちの目で確認できたので良かったと思います。

また、酸は危険なものなので、取り扱うのが難しく大変だったけれども、十分注意して実験することができました。