大地の成分を調べよう の実験についての質問

質問

この実験の目的は　粘土中のＡｌ　Ｆｅ　Ｔｉの検出です。質問内容は下の方です

手順１　乾いた三角フラスコの底に粉末状にした粘土の粉を広げ、これに濃硫酸１．５ml加える。フラスコの口に時計皿をおき、二分間加熱を続ける。

手順２　フラスコを金網からおろし、最低３０秒放冷した後底をバットの水で３０秒間冷やす。

手順３　フラスコ内へ純水１０mlを一度に注入し、金網上で３０秒間煮沸して熱いうちにろ過する。

手順４　ろ液を三角フラスコにとり、３％の過酸化水素水１ｍｌを加える。このとき液は黄色になる。これを沸騰するまで加熱した後水冷する。加熱により色が薄くなる。

手順５　上記の液に水酸化ナトリウム水溶液６ｍｏｌ／ｌを１０ｍｌを加えると赤褐色の沈殿が生ずる。

手順６　これを温めてろ過する。受け皿にあらかじめ１滴の１％のフェノールフタレイン溶液を入れておき、ろ液が濃赤色になることを確認する。もし赤くならなかったならば、ろ紙上に水酸化ナトリウム水溶液を追加する。

手順７　数ml以上のろ液が得られたら、これに塩化アンモニウム１ｇを加え、さらに液の色が薄いピンクになるまで６ｍｏｌ／ｌの塩酸を滴下すると、白色のり状の沈殿が生じる。　

質問１　手順４で過酸化水素水を加えて加熱するのは何故？
質問２　手順５で得られる赤褐色の沈殿から、粘土中にどんな元素が含まれているのですか？
質問３　手順６で、ろ液がフェノールフタレインで赤くならなかっとき、ろ紙上にＮａＯＨ水溶液を追加するのは何故？
質問４　手順７で、ろ液にＮＨ４Ｃｌを加えるのは何故？
質問５　手順７で、白色のり状の沈殿が生じることから、粘土中にどんな元素が含まれているのですか？
以上この５つが質問です。どなたか教えて下さい。

回答No.1

dragon-2 · ベストアンサー

質問１　手順４で過酸化水素水を加えて加熱するのは何故？
　手順１～３で全ての金属が硫酸塩として溶解しているのですが、鉄は２価と３価のものがあります。次の手順５で鉄イオンをすべて沈殿させるためには酸化させ全てを３価のイオンにしておきます。酸化剤として過酸化水素を使います。
質問２　手順５で得られる赤褐色の沈殿から、粘土中にどんな元素が含まれているのですか？
　赤褐色の沈殿は水酸化鉄(3)です。鉄の分離操作です。さらにアルミニウムは水酸化アルミニウムからアルミン酸イオンへ変化して溶解します。
質問３　手順６で、ろ液がフェノールフタレインで赤くならなかっとき、ろ紙上にＮａＯＨ水溶液を追加するのは何故？
　十分に反応が起こらないとき（硫酸酸性溶液に水酸化ナトリウムを加えアルカリ性にする）と、水酸化アルミニウムが残ります。全てのアルミニウムをアルミン酸イオンに変化させるためです。
質問４　手順７で、ろ液にＮＨ４Ｃｌを加えるのは何故？
　次の操作で中性付近の溶液にするため、緩衝作用のある塩を加えます。緩衝液として、中性付近でのph変化を少なくするためです。
質問５　手順７で、白色のり状の沈殿が生じることから、粘土中にどんな元素が含まれているのですか？
　中性ややアルカリ性で水酸化アルミニウムのコロイド状沈殿が生じます。白色のり状の沈殿はこれで、アルミニウムの分離操作です。アルミニウムは両性元素ですから、酸にも塩基にも溶けます。ややアルカリ性付近で安定な水酸化アルミニウムの沈殿を得るため緩衝溶液とします。

お礼

ｄｒａｇｏｎさん久しぶりです！この前はありがとうございました！またこの質問に回答して下さってありがとうございます！実験の参考にさせていただきます。（自分では質問３ぐらいしか分からなかった…）

補足

もう一つ質問です。‘この実験を化学反応式を用いて説明せよ’なんて課題を出されてしまいました。自力でやろうとしたのですが全く分かりません。誰か教えて下さいｍ(_ _)ｍ

回答No.2

dragon-2

前回の回答の補足です。土壌の分析法として今やられたのは湿式酸分解法の１手法です。（硫酸－過酸化水素による酸分解法、他にフッ化水素酸を使用したものが多くあります。＝珪酸はフッ化水素酸で溶けるから）
　試料中の金属元素は主に酸化物として存在しています。湿式酸分解法でこれをぶべて溶解（イオン化）します。反応式としては硫酸塩となると考えてよいでしょう。
　前処理の反応式
　２Fe2O3＋３H2SO4→２Fe2(SO4)3＋６H2O
　このとき、FeSO4ができますから過酸化水素で酸化させ、Fe2(SO4)3に変化させます。
　あとは同様に考えて下さい。
５）水酸化鉄(3)の沈殿
　Fe2(SO4)3＋6NaOH→２Fe(OH)3＋３Na2SO4
　アルミニウムは　Al(OH)3を経てAl02-（アルミン酸イオン）として溶解します。
７）水酸化アルミニウムの沈殿
　NaAlO2＋HCl＋H2O→Al(OH)3＋NaCl
あとは、原子吸光分析などでTiの量を測定します。
　あの、カオリナイト（粘土）の分析ですしたね。ケイ素はどうするの？

お礼

2回目の回答ありがとうございました。自分化学式全くだめなんでほとんど理解できませんでした。化学式もう一度復習してみます。あと、ケイ素？何ですかそれ？まだ自分で調べてもいないので、調べてみます。また機会がありましたらよろしくお願いします。