ホタル石に硫酸を加えてフッ化水素を生成する方法

ホタル石に濃硫酸をぶっかけてフッ化水素を生成

うも、わたなべです

 

フッ化水素を作り出す方法をまとめてみました!この反応は化学基礎の知識がふんだんに使われていて、この記事を読むだけでかなりの化学基礎の復習にもなります

 

フッ化水素の性質も覚えられるので、必ず最後まで読んでください!

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ホタル石とは?

ホタル石

 

フッ化カルシウムCaF2の慣用名です。このホタル石に硫酸をぶちまけるとフッ化水素が発生します。

 

ホタル石は、結構綺麗なので、中国では昔から宝物として扱われてきました。

ホタル石

ホタル石+濃硫酸

さあそれでは、ホタル石と濃硫酸からフッ化水素を生成する方法を見ていきましょう!

反応式はこんな感じ

CaF2+H2SO4→CaSO4+2HF

 

落ちこぼれ受験生のしょうご

あ、これはわかりました!硫酸よりも弱酸のHFがCaF2に隠れているんだ!これはジャイアンとのびたの反応!弱酸遊離反応だ!

 

そう、ちゃんと弱酸遊離反応だと思えた人は非常に偉いです!確かにこれは、弱酸遊離反応の一種です!

 

しかし、少しこれは特殊なんです。それが『濃硫酸を使っている』という点です。というのも

 

 

実は、これは既に別記事で説明しているのですが、『揮発性酸遊離反応』です。揮発性のフッ化水素を取り出すために濃硫酸をつかいます。

 

ちなみにこの反応は加熱が必要です。濃硫酸がからむときは加熱が必要になります。加熱が必要な反応は

・濃硫酸

・MnO2が酸化剤として使われる

・固体同士の反応

・熱分解

この4つになります。詳しい説明はコチラの記事で見てください!

気体の発生装置は加熱の有無で変える?使い分けをキッチリ分ける!

フッ化水素の製法の注意点

 

①加熱必要

そう!加熱しなあかん!

これは濃硫酸の不揮発性、フッ化水素の揮発性という性質を使う。つまり揮発性と不揮発性って言うのは簡単に言うと沸点が高いのが不揮発性で沸点が低いのが揮発性なわけや

 

だから、沸点の差をつかって、フッ化水素だけ気体になって捕集したい!てことは、加熱しないとあかんわけです!

 

まあ難しく考えんでも、濃硫酸が出て来たら加熱やな!って思っといてくれると大丈夫です!

 

もう一回貼っておきますが、まだ揮発性酸遊離反応についてちゃんとわかっていない人はこちらの記事を読んでくだされ!

揮発性酸遊離反応とは?塩化水素や硝酸の製法である理由とは?

②CaSO4は沈殿する

基本的にイオン結晶は水に解けやすいのです。ですが、今回のCa2+とSO42-は溶解度が小さく、メチャクチャ沈殿しやすいのです。

 

これは、無機化学で勉強する、『沈殿するイオンのペア』を覚えていく必要があります。

 

これは坂田アキラさんの参考書にある語呂で覚えていきましょう!

SO42-,CO32-で沈殿するのは、Ba2+,Ca2+,Pb2+

  まで   

これで覚えてしまってください!このような沈殿のペアを別記事にまとめていますのでそちらを詳しくご覧下さい!

沈殿生成反応を語呂合わせで一瞬で頭に焼き付ける覚え方公開!

③フッ化水素は下方置換

フッ化水素はなんと下方置換で集めます。

落ちこぼれ受験生のしょうご
なんでなんですか?フッ化水素HFって分子量20ですよね?空気の平均分子量の28.8よりも小さいから上方置換じゃないんですか?
受験化学コーチわたなべ
そうそう、普通そう思うよね!でも、これはフッ素の元素最強の電気陰性度が関係しているんだ!
フッ化水素の電気陰性度

フッ化水素はこのようにFが電気的に負になっていて、水素が電気的に+に偏っている。

フッ化水素の電気陰性度

すると、このように、

フッ化水素の水素結合

このように+と-で引き合って、『水素結合』がなされています。これによって、HFが(HF)2のように振る舞うのです。

 

2個1になっている状態、これを二量体と言います。二量体になっているので、分子量が実質40くらいになっているのです!

落ちこぼれ受験生のしょうご
おお!!空気よりも重くなっていますね!!

 

そう!だから、下方置換

 

まとめ

この記事では結構いろんなことを学べたのではないでしょうか?

・弱酸遊離反応

・揮発性酸遊離反応

・HFの二量体の話

・沈殿のこと

etc

 

この記事をきっちり復習することでいろんな基礎を学ぶことが出来ます!何度も読み直してみてください!

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8 件のコメント

  • すほくら より:

    1つ疑問があったので質問させて頂きます。
    HFは二量体にしかならないのでしょうか?
    さらに多くのHFが水素結合を形成して(HF)nになることもあるのでしょうか?
    回答いただけると嬉しいです。お手数おかけしてしまい申し訳ありません> <

    • 受験化学コーチわたなべ 受験化学コーチわたなべ より:

      多量体になります。

  • コーヒー より:

    以下の化学反応について質問です。
    SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O
    SiO2+4HF→SiF4+2H2O
    の違いとは何でしょか?反応物は同じなのに

    • 受験化学コーチわたなべ 受験化学コーチわたなべ より:

      液体OR気体です

      • コーヒー より:

        ありがとうございました!

  • 雪見だいふく より:

    なぜ水素結合だけ注目されるのでしょうか?
    電気陰性度の差が大きくて、、というのはわかるのですが、水素よりも電気陰性度が小さいものはたくさんあるのになんで、水素がすごい注目されるのでしょうか。

  • のむ より:

    ここでは、硫酸の二段階の電離については考えないのでしょうか?
    CaF2+H2SO4→CaFHSO4+HF…①
    の反応を経るという考え方は間違っていますか?
    そして、①のあとにCaF2とCaFHSO4の反応を考えたいところですが、CaFHSO4からHFが容易に揮発するので
    CaFHSO4→CaSO4+HF…②が起こる。
    よって、①と②を合わせて
    CaF2+ H2SO4→CaSO4+2HF

    この理解で正しいでしょうか?
    お手数ですがご回答よろしくお願いいたします。

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    ABOUTこの記事をかいた人

    受験化学コーチわたなべ

    浪人の夏休みまで死ぬほど勉強したにも関わらず偏差値50を割ることも。そんな状態から効率よく化学を学び化学の偏差値を68まで爆発的に伸ばした。その経験を塾講師としてリアル塾で発揮するも、携われる生徒の数に限界を感じ化学受験テクニック塾を開講。 自己紹介の続きを読む。