鉄
このノートの問いがそのまま復習カードになり、忘れかけたころに出題されます。
根拠は高等学校学習指導要領（平成30年告示）「化学」の内容 (3) ア (ｱ) ㋑「遷移元素」。
内容の取扱いは「クロム、マンガン、鉄、銅、亜鉛及び銀を扱うこと」を指定しており、
解説は鉄・銅・銀などの単体及び化合物の性質を調べる実験を挙げている。
0. どういう論点か
鉄は +2 と +3 の 2 つの酸化数をとり、どちらの状態かを見分けるのが出題の中心です。
色と沈殿と確認反応を、2 列に並べて覚えます。
| Fe²⁺ | Fe³⁺ | |
|---|---|---|
| 水溶液の色 | 淡緑色 | 黄褐色 |
| 水酸化物 | 緑白色の沈殿 | 赤褐色の沈殿 |
| ヘキサシアニド鉄(Ⅲ)酸カリウム | 濃青色沈殿 | 変化が小さい |
| ヘキサシアニド鉄(Ⅱ)酸カリウム | 変化が小さい | 濃青色沈殿 |
| チオシアン酸カリウム | 変化しない | 血赤色 |
引っかけの分かれ目は次の 3 つ。
- チオシアン酸カリウムで血赤色になるのは Fe³⁺ だけ
- Fe²⁺ は空気中で酸化されて Fe³⁺ になる（放置すると色が変わる）
- 濃硝酸には溶けない（不動態）
1. 製鉄と単体
根拠: 学習指導要領 化学-(3)-ア-(ア)-㋑
溶鉱炉では、鉄鉱石を何で還元している？
コークスから生じた一酸化炭素
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
溶鉱炉に石灰石を入れるのはなぜ？
鉱石中の不純物（二酸化ケイ素など）と反応させて、スラグとして取り除くため
融点を下げて分離しやすくする。
銑鉄と鋼の違いは？
銑鉄は炭素を約 4 % 含んで硬くもろい。鋼は炭素を減らして粘り強くしたもの
転炉で酸素を吹き込んで炭素を減らす。
鉄の単体を希塩酸に入れるとどうなる？
溶けて水素を発生し、鉄(Ⅱ)イオンになる
Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂
鉄が濃硝酸に溶けないのはなぜ？
表面に緻密な酸化被膜ができるから（不動態）
アルミニウム・ニッケルも同じ。
ステンレス鋼は鉄に何を加えた合金？
クロム（とニッケル）
さびにくくなる。
2. 鉄イオンの見分け方
根拠: 学習指導要領 化学-(3)-ア-(ア)-㋑
Fe²⁺ と Fe³⁺ の水溶液の色は？
Fe²⁺ は淡緑色、Fe³⁺ は黄褐色
Fe²⁺ の水溶液は空気中で徐々に酸化され、色が変わる。
Fe³⁺ にチオシアン酸カリウム水溶液を加えるとどうなる？
血赤色になる
Fe²⁺ では変化しないので、この 1 つで見分けられる。
Fe²⁺ にヘキサシアニド鉄(Ⅲ)酸カリウム水溶液を加えるとどうなる？
濃青色の沈殿が生じる
Fe³⁺ にはヘキサシアニド鉄(Ⅱ)酸カリウムで濃青色沈殿。
Fe²⁺ と Fe³⁺ に水酸化ナトリウム水溶液を加えると、それぞれ何色の沈殿？
Fe²⁺ は緑白色、Fe³⁺ は赤褐色
どちらも過剰に加えても溶けない。
Fe³⁺ の水酸化物は、過剰のアンモニア水に溶ける？
溶けない
錯イオンをつくらないので、Ag⁺・Cu²⁺・Zn²⁺ と分けられる。
3. 鉄の酸化物とさび
根拠: 学習指導要領 化学-(3)-ア-(ア)-㋑
赤さびと黒さびの主成分は？
赤さびは酸化鉄(Ⅲ)、黒さびは四酸化三鉄
黒さびは緻密で、内部を保護する。
鉄が水と酸素があるとさびるのはなぜ？
酸化されて鉄(Ⅱ)イオンになり、さらに酸化されて水酸化物・酸化物になるから
どちらか一方だけではさびにくい。
トタン（鉄に亜鉛をめっき）が傷ついてもさびにくいのはなぜ？
亜鉛のほうがイオン化傾向が大きく、先に溶けて鉄を守るから
ブリキ（スズ）は逆に、傷がつくと鉄が先に溶ける。
鉄粉とアルミニウム粉を使ったテルミット反応では、鉄はどうなる？
酸化鉄(Ⅲ)が還元されて、融けた鉄の単体になる
レールの溶接などに使われる。