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鉄は身近な金属で，私たちの生活になくてはならないものです。 １．最も多く地殻中に多く存在する金属元素は何ですか？ アルミニウム ２．製鉄の原料になっている鉱物は何ですか？ 赤鉄鋼Ｆｅ２Ｏ３や磁鉄鉱Ｆｅ３Ｏ４ 　鉄イオンには主に２価と３価があり，あまり簡単な金属とはいえません。 　　 　この章では，鉄イオンと鉄の性質を調べる実験を紹介します。この実験のポイントは２つです。まず鉄（II）イオンと鉄（III）イオンの区別ができること，もちろん化学的にです。それから，鉄と酸との反応を理解すること，特に塩酸，硝酸との反応です。

＜鉄（II）イオンの反応＞ １　硫酸鉄（ＩＩ）七水和物ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏまたは硫酸鉄（II）アンモニウム（モール塩）ＦｅＳＯ４（NH４）２ＳＯ４・６Ｈ２Ｏを試験管に小さじ１杯とり，蒸留水１２ｍＬに溶かし，６等分する。 ２　それぞれに水酸化ナトリウム水溶液，アンモニア水，ヘキサシアノ鉄（II）酸カリウム水溶液，ヘキサシアノ鉄（III）酸カリウム水溶液，チオシアン酸カリウム水溶液（アンモニア水以外はすべて０．１ｍｏｌ/Ｌ，アンモニア水は１ｍｏｌ/Ｌ)を少量加える。 ＜鉄（III）イオンの反応＞ ３　６本の試験管に０．１ｍｏｌ/Ｌ塩化鉄（III）水溶液を２ｍＬずつとり，それぞれに水酸化ナトリウム水溶液，アンモニア水，ヘキサシアノ鉄（II）酸カリウム水溶液，ヘキサシアノ鉄（III）酸カリウム水溶液，チオシアン酸カリウム水溶液，（アンモニア水以外はすべて０．１ｍｏｌ/Ｌ,アンモニア水は１ｍｏｌ/Ｌ)を少量加える。 鉄（II）イオン　 鉄（III)イオン　 水溶液の色 水酸化ナトリウムＮａＯＨ アンモニアＮＨ３ ヘキサシアノ鉄（II）酸カリウムＫ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］ ヘキサシアノ鉄（III）酸カリウムＫ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］ チオシアン酸カリウムＫＳＣＮ

実験結果を確認しましょう。 鉄（II）イオンは酸化されやすいので，この実験では硫酸鉄（ＩＩ）七水和物ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏまたはモール塩ＦｅＳＯ４(ＮＨ４)２ＳＯ４・６Ｈ２Ｏを用い，実験の直前に水溶液にします。 　まず，鉄（II）イオンを含んだ水溶液の色と，鉄（III）イオンを含んだ水溶液の色の違いを確認して下さい。この色で，鉄イオンのどちらであるかを，ある程度判断することができます。 　鉄（II）イオンと塩基との反応で，水酸化鉄（II）の沈殿ができます。 　Ｆｅ２＋　＋　２ＯＨ−　→　Ｆｅ(ＯＨ)２↓　 　また，鉄（III）イオンと塩基との反応で，水酸化鉄（III）の沈殿ができます。 　Ｆｅ３＋　＋　３ＯＨ−　→　Ｆｅ(ＯＨ)３↓　 水酸化鉄（II）と水酸化鉄（III）の色の違いに注意して下さい。 　　 　鉄（II）イオンとヘキサシアノ鉄（II）酸カリウムとの反応では，白色沈殿ができると文献には記載されています。しかし，実際には青白色沈殿がみられます。これは，２価の鉄イオンの一部が空気酸化により３価になったためと考えることができます。 溶液の色と沈殿の有無 鉄（II）イオン　　　　　　　　　　　　　　 鉄（III)オン　　　　　　　　　　　　　 水溶液の色 淡緑色 黄褐色 水酸化ナトリウムＮａＯＨ 緑白色沈殿 赤褐色沈殿 アンモニアＮＨ３ 緑白色沈殿 赤褐色沈殿 ヘキサシアノ鉄（II）酸カリウムＫ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］ 青白色沈殿（文献では白色） 濃青色沈殿 ヘキサシアノ鉄（III）酸カリウムＫ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］ 濃青色沈殿 褐色溶液 チオシアン酸カリウムＫＳＣＮ 変化なし 血赤色溶液 　鉄（II）イオンと鉄（III）イオンの区別ができるようになったところで，次の実験を行いましょう。今度は，鉄と酸・塩基との反応についてです。

＜鉄と酸・塩基との反応＞ ４　６ｍｏｌ/Ｌ塩酸，６ｍｏｌ/Ｌ硝酸，６ｍｏｌ/Ｌ水酸化ナトリウム水溶液３ｍＬに，それぞれ鉄片を加える。反応が遅いときには緩やかに加熱する。 ５　４で変化のあった溶液を，それぞれ２等分し，一方に ヘキサシアノ鉄（II）酸カリウム水溶液を，他方にヘキサシアノ鉄（III）酸カリウムを少量加える。 変化・溶液の色 Ｋ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］ Ｋ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］ ＨＣｌ＋Ｆｅ ＨＮＯ３＋Ｆｅ ＮａＯＨ＋Ｆｅ

実験結果を確認しましょう。 鉄は塩酸と硝酸に溶けました。ただし，鉄は濃硝酸には溶けないことは知っていますね。不動態になるからです。 　鉄が塩酸や硝酸に溶けると，どのようなイオンになっているのでしょうか。 　塩酸に溶けたときは，溶液にＫ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］ａｑを加えると，青白色沈殿がみられ，Ｋ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］ａｑを加えると，濃青色沈殿がみられます。このことより，溶液中に存在しているイオンは，鉄（II）イオンであることがわかります。 　硝酸に溶けたときは，溶液にＫ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］ａｑを加えると，濃青色沈殿がみられ，Ｋ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］ａｑを加えると，濃青色沈殿がみられます。これはおかしいですね。もし鉄（III）イオンであるなら，Ｋ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］ａｑを加えたときは褐色溶液になるはずです。この結果では，鉄（III）イオンではないし，もちろん鉄（II）イオンでもありません。 　ではどう考えたらよいのでしょうか。もし，鉄（II）イオンと鉄（III）イオンが混ざっていたらどうなるでしょう。硝酸との反応では，まず鉄（II）イオンができると考えられます。しかし，硝酸は酸化作用のある酸です。できた鉄（II）イオンは，さらに酸化されて鉄（III）イオンになるのです。でも，どうやらすべてが鉄（III）イオンにはなっているわけではないようですね。 変化・溶液の色 Ｋ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］ Ｋ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］ ＨＣｌ＋Ｆｅ 気体が発生，淡緑色 青白色沈殿 濃青色沈殿 ＨＮＯ３＋Ｆｅ 気体が発生，黄褐色 濃青色沈殿 濃青色沈殿 ＮａＯＨ＋Ｆｅ 変化なし 　それでは，考察に移りましょう。

鉄イオンと塩基との反応をイオン反応式で表すと， Ｆｅ２＋＋２ＯＨ−→Ｆｅ（ＯＨ）２↓ Ｆｅ３＋＋３ＯＨ−→Ｆｅ（ＯＨ）３↓ 　鉄と塩酸の反応を化学反応式で表すと， Ｆｅ＋２ＨＣｌ→ＦｅＣｌ２＋Ｈ２↑ 　鉄と塩酸，硝酸との反応の違いは ＨＣｌ…Ｆｅ２＋（酸化数＋２） ＮＨＯ３…Ｆｅ２＋（酸化数＋２）とＦｅ３＋（酸化数＋３） まず，Ｆｅ２＋ができ，それが酸化されてＦｅ３＋になる。 硝酸には酸化作用があるから。 　希硝酸ではなく，濃硝酸に鉄を入れると 鉄は不動態をつくるため，濃硝酸には溶けない。 　鉄の反応をまとめると，次のようになる。

この章の実験は，いろいろな色の沈殿が見られるので楽しいです。鉄は遷移元素です。遷移元素の化合物は有色のものが多いのです。また，遷移元素は，複数の酸化数を示すことが多いのです。鉄はなかなか奥が深そうですね。 　この章の実験のポイントは，次の通りです。 １．塩基との反応では，Ｆｅ２＋は水酸化鉄（II)鉄Ｆｅ(ＯＨ）２の緑白色沈殿，Ｆｅ３＋は水酸化鉄（ＩＩＩ）鉄Ｆｅ（ＯＨ）３の赤褐色沈殿を生じます。 ２．ヘキサシアノ鉄（II）酸カリウムＫ４［Ｆｅ(ＣＮ)６］との反応では，Ｆｅ３＋は濃青色沈殿（紺青）を生じます。 ３．ヘキサシアノ鉄（III）酸カリウムＫ３［Ｆｅ(ＣＮ)６］との反応では，Ｆｅ２＋は濃青色沈殿（ターンブル青）を生じます。 ４．チオシアン酸カリウムＫＳＣＮとの反応では，Ｆｅ３＋は血赤色溶液となります。 ５．鉄と塩酸との反応では，２価の鉄イオンＦｅ２＋ができます。鉄と希硝酸との反応では，２価の鉄イオンＦｅ２＋と３価の鉄イオンＦｅ３＋の両方ができます。硝酸には酸化作用があるためです。