高校で学習する化学の内容のコラムをまとめています。

疑問

鉄は水素よりもイオン化傾向が大きいため、酸を加えると

Fe　→　Fe²⁺　＋　2e^－

2H⁺　＋　2e^－　→　H₂

のように反応し、水素を発生する。例えば、希硫酸との反応は以下である。

Fe　＋　H₂SO₄　→　FeSO₄　＋　H₂・・・①

なお、鉄のイオンにはFe²⁺だけでなく、Fe³⁺もあるため

2Fe　＋3H₂SO₄　→　Fe₂(SO4)₃　＋　3H₂・・・②

のような反応も考えられる。

しかし、鉄と希硫酸の反応は②ではなく①である。なぜ①なのか？

理由

その理由は、鉄がイオンになる際、Fe³⁺ではなく圧倒的にFe²⁺になりやすいからである。

イオンのなりやすさについては、高校ではイオン化傾向で判断するが、大学では酸化還元電位という定量的な尺度が存在する。

鉄の酸化還元電位を調べると以下である。

Fe²⁺　＋　2e^－　　Fe　　－0.44 V・・・③

Fe³⁺　＋　3e^－　　Fe　　＋0.77 V・・・④

この酸化還元電位を大雑把（雑）に説明すると、電位の値がマイナスであれば左方向に、プラスであれば右方向に反応が進む。

③を見てみると、酸化還元電位の値はマイナスなので左方向、つまりFeはFe²⁺になりやすいことがわかる。一方、④を見ると、酸化還元電位の値はプラスなので、FeがFe³⁺になる反応は起きないことがわかる。

以上より、鉄はFe³⁺ではなくFe²⁺になるので、鉄と希硫酸の反応は②ではなく①となる。

同様に、鉄と希塩酸の反応も以下のようにFe²⁺が生じる。

Fe　＋　2HCｌ　→　FeCl₂　＋　H₂

なお、生成したFe²⁺は、O2存在下では容易に酸化されてFe³⁺になることには留意せよ。