金属にメッキ

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基礎化学実験＿実験NOTE

「表　題」銅板への亜鉛メッキ形成と加熱による合金の生成

「目　的」亜鉛を銅板表面に還元析出(メッキ)させる化学変化と加熱溶融による合金の生成を観察する。

「動　画」実践記録

「実験理論」

• 亜鉛の還元析出：[両　]性元素である亜鉛は、塩基である水酸化ナトリウムと反応して酸化され、テトラヒドロキソ亜鉛(Ⅱ)酸ナトリウムイオン [Zn(OH)₄]^2-を生成(①)する。生じた電子は水分子と反応し、水素が還元されて(②)発生する酸化還元反応が成立する。しかし、銅板を浸すことで未反応の亜鉛側から電子が供給されてくる(局部電池ができる)ため、①の逆反応も起こってしまう。亜鉛も還元されて析出してくるのである。
• Zn + 4OH^– ⇄ [Zn(OH)₄]^2- + [2e^–　]
• 2H₂O + 2e^– → [H₂ ]↑ + 2OH^–

銅板は単に電子の受け渡しをしているだけで、酸化還元反応には無関係である。また、②の反応は、塩基性が強すぎるため右辺のOH^–の生成にブレーキがかかりやすい。結果として、①の逆反応が量的には上回ってしまうものと考えられる。

• 合金が生成する：銅の表面に析出した亜鉛は銀色に輝き美しい金属[光沢　]を放つ。亜鉛の融点は約[420　]℃、銅は[1083　]℃、亜鉛のメッキができたところを加熱すると、溶けた亜鉛に固体の銅板の表面の一部が溶け込んで[合金　]ができると考えられている。この合金は、[黄銅　]または真鍮(しんちゅう)として古くから知られ、黄金色をしているので、様々な装飾品に用いられてきた。

「準　備」100mLビーカー　水酸化ナトリウム約7g　薬包紙　亜鉛粉末2 g　ガスコンロ　温度計　銅片3枚　ピンセット　ペーパー　テープ

「操　作」

• 100mLビーカーに水酸化ナトリウム約7gとり、水を加えて全体量を30mLとする。
• 薬包紙に亜鉛粉末2gを取り、水酸化ナトリウム水溶液に入れる。
• ガスコンロで亜鉛-水酸化ナトリウム水溶液を加熱する。温度計を用いて約80℃に保っておく。
• 銅片2枚をビーカーに入れ、ピンセットを使い銅片を揺り動かして、反応が均一に起こるようにする。
• 加熱をいったんやめる。(消火せず、弱火のまま保つ。)
• 光沢色の変化が落ち着いたら、ピンセットで銅片を取り出し、流し場で水洗して汚れを取る。ピンセットも同時によく洗い、ペーパーで水気を取る。
• 銀色になった金属片を１枚選び、ピンセットで火の上に軽くかざして加熱する。少し色に変化し始めたところで、火から離して空気中で放冷する。
• 完成品を実験NOTEにテープで貼りつける。

「工夫と注意・片付けなど」

• 保護メガネ必須
• 温度計は一度用いるだけで十分であり、使用後すぐに流しで洗浄する。
• 銅板を火に入れるときは焼きすぎないようにし、手で触らないこと。
• 出来上がり品をこのプリントにテープで貼り付けること。
• 水酸化ナトリウム廃液はタンクに廃棄、ビーカー底に残った亜鉛粉末は、水酸化ナトリウム水溶液部分を洗い流した後、指定の金属製容器に廃棄する。

「観察・結果」

• 実験操作図説：NaOH水溶液加熱時の温度計の取り扱い・ピンセット使用・金属板加熱方法などの注意点も。
• 完成品添付

「考　察」

• 0mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を30mL調製したい。固体の水酸化ナトリウム何gに水を加えて全体を30mLとすればよいか？
• 亜鉛が還元されて単体析出メカニズムを説明しなさい。
• 加熱により生成した物質は何であると考えられるか？
• 実験後の亜鉛粉末を回収する理由について説明しなさい。

◇このブログで発信する情報は、取扱いに注意を要する内容を含んでおり、実験材料・操作、解説の一部を非公開にしてあります。操作に一定のスキル・環境を要しますので、記事や映像を見ただけで実験を行うことは絶対にしないで下さい。詳細は、次の３書(管理者の単著作物)でも扱っているものがありますので参考になさってください。