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アルカリ金属(1族)の単体・化合物の性質や製法まとめ!

約 3 分

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アルカリ金属とは

アルカリ金属とは、水素H以外の1族元素の総称だ。

これ以降で、これらの元素の単体の性質、水酸化物・酸化物・塩の性質や製法などを学んでいく。
中でもナトリウムの水酸化物NaOHの製法である陽イオン交換膜法や、ナトリウムの塩の製法であるアンモニアソーダ法などは定期テストや受験での出題頻度が非常に高い。
キソから丁寧に説明していくので、しっかり理解するようにしよう!

アルカリ金属の単体

アルカリ金属の単体の性質として理解しておきたいのは上の6コ。
順番に確認していこう。

【性質1】イオン化エネルギーが小さく、1価の陽イオンになりやすい

アルカリ金属の単体は、価電子が1コのためイオン化エネルギーが非常に小さく、電子を離して陽イオンになりやすい。

イオン化エネルギーについて詳しいことは「第1イオン化エネルギー」を見てね!

【性質2】電子を放出しやすく、還元剤として働く

アルカリ金属は電子を離しやすいため、還元剤として働く。

酸化剤・還元剤について詳しいことは「酸化剤・還元剤」を見てね!

【性質3】水と反応してH2を発生し、水酸化物になる

アルカリ金属は、水H2Oと反応してH2を発生し、水酸化物になる。

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

この性質故に、アルカリ金属を保存するときは水中ではなく石油中に保存する。

また、反応式の係数の付け方については「高校化学「化学反応式の作り方・計算問題」完全マスター講座!!」を見てね!

【性質4】酸素と反応し、酸化物になる

アルカリ金属は、酸素と反応し酸化物になる。

4Na + O2 → 2Na2O

酸化物について詳しいことは「酸性酸化物・塩基性酸化物・両性酸化物の違いを徹底解説!〜定義からそれぞれの酸・塩基との反応まで〜」を見てね!

【性質5】炎色反応を示す

アルカリ金属は、炎色反応を示す。

  • Li:赤色
  • Na:黄色
  • K:紫色
  • Rb:赤色
  • Cs:(淡)紫色
  • その他の金属の炎色反応のときの色については「炎色反応の色一覧」を見てね!

    【性質6】融点が低く、密度が小さい

    アルカリ金属の中でもリチウムLi・ナトリウムNa・カリウムKは、融点が低く密度が小さいため、水に浮くという性質を持っている。
    よく覚えておこう。

    アルカリ金属の水酸化物〜水酸化ナトリウムNaOH〜

    アルカリ金属の水酸化物では、水酸化ナトリウムNaOHが頻出だ。

    今回はその水酸化ナトリウムの性質や製法について確認していこうと思う。

    水酸化ナトリウムの性質

    水酸化ナトリウムの性質で大切なのは上の2つ。
    順番に確認していこう。

    【性質1】一価の強塩基

    水酸化ナトリウムを含め、アルカリ金属の水酸化物は基本的に一価の強塩基だ。

    従って、「酸性酸化物・塩基性酸化物・両性酸化物の違いを徹底解説!〜定義からそれぞれの酸・塩基との反応まで〜」でやったように、空気中のCO2と次のような反応を起こす。

    2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

    【性質2】潮解性

    水酸化ナトリウムは「空気中の水分を吸収する性質潮解性」をもっている。

    水酸化ナトリウムの製法

    水酸化ナトリウムは、「陽イオン交換膜法」という方法で作ることができる。

    陽イオン交換膜法に関する詳しいことは「水酸化ナトリウムの製法「陽イオン交換膜法」の仕組みや反応式を完全網羅!!」を見てみてね!

    アルカリ金属の酸化物〜酸化ナトリウムNa2O〜

    アルカリ金属の酸化物はいずれも「塩基性酸化物」なので、「酸性酸化物・塩基性酸化物・両性酸化物の違いを徹底解説!〜定義からそれぞれの酸・塩基との反応まで〜」でやったように「水」又は「酸」と反応する場合がある。
    これらの反応を確認しておこう。

    水との反応

    塩基性酸化物である酸化ナトリウムは水と以下のような反応を起こす。

    Na2O + H2O → 2NaOH

    この反応についてもし分からないことがあれば「酸性酸化物・塩基性酸化物・両性酸化物の違いを徹底解説!〜定義からそれぞれの酸・塩基との反応まで〜」を見てみよう。

    酸との反応

    塩基性酸化物である酸化ナトリウムは酸と以下のような反応を起こす。

    Na2O + 2HCl → H2O + 2NaCl

    この反応についてもし分からないことがあれば「酸性酸化物・塩基性酸化物・両性酸化物の違いを徹底解説!〜定義からそれぞれの酸・塩基との反応まで〜」を見てみよう。

    アルカリ金属の塩〜塩化ナトリウムNaCl・炭酸水素ナトリウムNaHCO3・炭酸ナトリウムNa2CO3

    アルカリ金属が含まれる塩である「塩化ナトリウムNaCl・炭酸水素ナトリウムNaHCO3・炭酸ナトリウムNa2CO3」の3つについて、その性質や製法を順番に解説していこう。

    塩化ナトリウムNaCl

    塩化ナトリウムについては、揮発酸遊離反応の一種である「濃硫酸との反応」を押さえておこう。

    塩化ナトリウムNaClに濃硫酸を加えて加熱すると、(揮発性の気体である)HClが発生する。

    NaCl + H2SO4 → NaHSO4 +HCl

    これはHClの有名な発生方法なので、もしまだ知らなかったら「【保存板】気体の発生方法・反応式まとめ!」を確認しておこう。

    また、揮発酸遊離反応について詳しいことは「揮発酸遊離反応」を見てね!

    炭酸水素ナトリウムNaHCO3

    炭酸水素ナトリウムで重要なポイントは上の3つ。
    順番に確認していこう。

    【ポイント1】一価の還元剤として働く

    炭酸水素ナトリウムは一価還元剤として働く。

    酸化剤・還元剤について詳しいことは「酸化剤・還元剤」を見てね!

    【ポイント2】熱分解して炭酸ナトリウムと二酸化炭素と水になる

    炭酸水素ナトリウムは、熱分解して炭酸ナトリウム二酸化炭素になる。

    2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O

    この反応は入試でも頻出なのでしっかり書けるようにしておこう。

    【ポイント3】弱酸遊離反応に関わる

    炭酸水素ナトリウムは、「弱酸を含む塩」なので、弱酸遊離反応に関わる。

    例えば、次の反応式を見てみよう。

    NaHCO3 + HCl → NaCl + H2CO3

    弱酸を含む塩であるNaHCO3が強酸であるHClと反応することで、弱酸H2CO3が遊離しているね。(H2CO3はこの後すぐに分解しH2OとCO2になる)

    弱酸遊離反応について、あまり理解できていないなと感じたら「弱酸・弱塩基遊離反応」を見てみてほしい。

    炭酸ナトリウムNa2CO3

    炭酸ナトリウムの性質

    炭酸ナトリウムの性質で覚えておいて欲しいことは上の3つ。
    順番に確認していこう。

    性質1

    炭酸ナトリウムは、2価弱塩基として働く。
    2価であるが故に、定期テストや入試で「二段滴定」の問題として出題されることが非常に多い。
    もしまだ二段滴定についてあまり知らない!という人がいたら「二段滴定」のページでしっかり確認しておいてほしい。

    性質2

    炭酸ナトリウムの水和物である「炭酸ナトリウム十水和物」Na2CO3・10H2Oは空気中に放置すると、結晶中の水和物がとれて粉末状になる。

    Na2CO3・10H2O → Na2CO3・H2O

    この現象を、「風解」という。

    性質3

    炭酸ナトリウムは、炭酸ナトリウムや石英、石灰石とともに”ガラスの原料”として用いられている。
    性質1・2ほど重要ではないが、頭の片隅においておこう。

    炭酸ナトリウムの製法

    炭酸ナトリウムは、「アンモニアソーダ法」という製法で作られる。

    アンモニアソーダ法は入試での出題頻度が極めて高く、必ず押さえておく必要がある。
    「アンモニアソーダ法まとめ!〜仕組みや覚え方について反応式や図を用いて徹底解説!〜」のページで、その仕組みや反応式の書き方などをしっかりと学んでおこう。

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