アンモニアの赤い噴水

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定番実験としてよく知られています。捕集したアンモニア(気体)は、水に溶けやすく、水に対し約600倍もの体積が吸収されます。フラスコ内に少量の水があれば、そこにアンモニアが吸収されるので、フラスコ内が減圧されます。減圧分を補おうとして、フェノールフタレイン入りの水が勢いよく引き上げられ、噴出が観察されるというものです。

アンモニア分子は、分子構造を極性の観点から見ると、水分子(非共有電子対も含め)と形がよく似ています。そのため、水とよく混じり合うのですが、水溶液がアルカリ性を示すことについては、水分子の水素イオンがアンモニア分子の非共有電子対に配位しやすいことによります。

「動　画」古い映像です：呼び水がきっかけになってフラスコ内が一気に減圧される

実験プリント版

「実験テーマ」アンモニアの噴水
「サブテーマ」アンモニアなんだもん。
「操　作」ＷＥＢ非公開

「注意事項」

1.  アンモニアガスが発生するので換気に十分注意する。

2.  丸底フラスコは完全に乾いたものを使用する。発生した気体を乾燥させるにはソーダ石灰管を付けると良い。

3.  アンモニアガスの上方置換では、ガラス管をフラスコの奥深く差し込むこと。→　空気を排除するため

「解　説」

1. アンモニアが発生する：塩化アンモニウム NH₄Cl と水酸化カルシウム Ca(OH)₂ の混合物を加熱すると、弱塩基の遊離が起こり、アンモニア NH₃ が追い出され、正塩 CaCl₂ と水 H₂O も生じます。

2NH₄Cl ＋ Ca(OH)₂ 　→　 CaCl₂ ＋　2NH₃ ＋　 2H₂O

生成した、アンモニアは、分子量 17 の軽い気体なので、上方置換によって捕集します。アンモニアの生成の確認としては、リトマス紙やpH試験紙でも容易に確認できます。なお、アンモニアのpHは、アンモニアが水に溶解する際の電離定数と水のイオン積から、10～11程度であることは算出することができます。

NH₃　＋　H₂O　→　NH₄⁺　＋　OH^–･･･電離定数K_b=1.8×10^-5〔mol/L〕

H₂O　→　H⁺　＋　OH^–･･･水のイオン積K_W=10^-14〔mol/L〕²

〔OH^–〕=√CKbの対数をとってpOHを出し、14からpOHを引けば良い。

2.  アンモニアは少量の水でもたくさん溶解する：アンモニアは、25℃において、1 mLの水に、実に600 mL以上も溶解します。アンモニア分子は、不対電子対と３本の価標による、いわゆる三角錐構造をしています。水も、２組の不対電子対と２本の価標を持っていますが、分子全体としては、アンモニアも水も、正四面体構造の頂点に電子対を持…省略…

「演習問題」

1. 2.0 ｇの塩化アンモニウムと完全に反応するのに必要な水酸化カルシウムの量を計算しなさい。
2. 前問より得られるアンモニアＮＨ_３の体積を計算しなさい。ただし、１気圧、気温は27℃とする。
3. アンモニアが水と反応する際の化学反応式を書きなさい。
4. 生成するアンモニウムイオンについて、構造式で表しなさい。また、アンモニウムイオンがこのような構造を持つ理由を電子の配置示しながら図説しなさい。
5. 使用した指示薬の特徴を述べなさい。

◇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。