今日は、身の回りの化学(用途・材料) Cu、Ag編についてです。
センター試験は特に時間が勝負なので、あるキーワードに対して
いくつかの関連用語が条件反射的にイメージできるようになることが重要です。
そこで、用途や材料に関するテーマで
入試問題をデータベースソフトで徹底的に調べ上げ、「用途・材料のキーワード」に対する条件反射的に思い浮かべてほしい「物質」をまとめました。
銅Cuと銀Agは、ともに11族に属する遷移金属元素で、最外殻電子の数はともに１個で、銀は常に酸化数が＋１の化合物を作りますが、銅は多くは酸化数が＋２の化合物をつくります。
(ただし＋１の化合物もつくる)
また、イオン化傾向がともに水素より小さいことから、酸化力のある酸に対して類似した性質を示します。
それでは用途について見ていきましょう。
電線などの電気材料……銅Cu
10円硬貨,銅像,鐘……青銅(ブロンズ)(Cu,Sn)
5円硬貨,金管楽器……真鍮(黄銅)(Cu,Zn)
50円,100円硬貨……白銅(Cu,Ni)
500円硬貨,食器,楽器……洋白(洋銀)(Cu,Zn,Ni)
※真鍮は黄色の光沢をもち,さびにくく加工しやすいので５円玉や楽器などに用いられます。
一般に,銅はそれ自身では柔らかいので,硬度を高めるために合金の形で利用され
ます。
貴金属、宝飾品、美術品……銀Ag
写真フイルムの感光剤……ハロゲン化銀(主にヨウ化銀AgBr)
※ハロゲン化銀は,光によって分解し,単体の銀Agが析出します。
2AgX → 2Ag + X2
このような性質を感光性といい,この性質を利用して写真フイルムの感光剤と
して用いられています。保存の際は光を通しにくい褐色瓶に保存します。
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■2012 横浜国立大学 理工
問．銅の性質などの記述として正しいものを以下のa)～e)の中から一つ選べ。
a) 日本の硬貨に使われている白銅は銅と亜鉛の合金である
b) 延性・展性に富み、高い電気伝導性を示すが熱伝導性は低い
c) 硫酸亜鉛水溶液に銅板を入れると銅板上に亜鉛が徐々に析出する
d) 濃硫酸を加えて加熱すると二酸化硫黄が発生する
e) 自然界では主に単体として産出する
答え…
d)
■2012 法政大学 デザイン工 理工 生命科
銅の単体は、赤みを帯びた軟らかい金属である。熱伝導率(熱の伝わりやすさ)と電気伝導率(電気の伝わりやすさ)は、金属の中では、 (ｱ) に次いで大きく、展性や延性も (ｲ) や、 (ｱ) に次いで大きいため、銅は電線などの電気材料に広く用いられている。
答え…
(ｱ) 銀
(ｲ) 金
■ 2013 横浜国立大学 理工
金属は様々な添加物を加え高機能化させる場合もある。例えば，青銅は金属銅を主成分として A を含む合金であり，美術品や10円硬貨などに用いられる。また，真ちゅう(黄銅と呼ばれることもある)は金属銅を主成分として B を含む合金であり，楽器などに用いられる。
AおよびBにあてはまる物質名もしくは元素記号を答えよ。
答え…
A すず [Sn]
B 亜鉛 [Zn]
■2009 琉球大学 医 教育 農 理
銅の単体は １ 伝導性と 2 伝導性が銀についで優れ、展性や延性も大きいので、 ２ 材料として広く用いられる。銅は様々な金属と 3 をつくる。銅とスズとの 3 は青銅(ブロンズ)、銅と亜鉛との 3 は黄銅(真ちゅう)とよばれ、銅の単体に比べて硬い。硫酸銅(Ⅱ)の水溶液に少量のアンモニア水を加えると青白色の沈殿が生じる。この青白色の沈殿は加熱により黒色の化合物に変化し、この化合物はガラスや陶磁器の着色やうわぐすり等に使用される。また、青白色の沈殿はアンモニア水を加えると溶けて深青色の水溶液となる。この深青色の水溶液中で銅イオンは錯イオンを形成して存在する。この深青色の水溶液はセルロースを溶解するので繊維の製造に使われる。
問 1 ～ 3 に最も適切な語句を記入なさい。
答え…
１ 熱
２ 電気
３ 合金
■ 防衛大学校 理工学
亜鉛と銅の合金は A の名称で知られ、金に似た光沢をもち、加工性がよいために金管楽器などに用いられている。
問 A に当てはまる最も適切な語句を記せ。
答え…
A 黄銅 [真鍮]
■ 2012 静岡大学 理 工 農
金，銀および銅はいずれも (ｱ) 族に属する元素であり，貨幣として用いられてきたことから貨幣金属とよばれることもある。展性や延性が大きく，この性質を利用して金箔(きんぱく)や銅線がつくられている。金は主に単体として産出するのに対し，銅は主として銅鉱石の製錬によりつくられる。初めに純度98％程度の粗銅をつくり，この粗銅を電解精錬することにより純銅が得られる。
問1 文中の (ｱ) に入る適切な語句または数字を記せ。
問2 次の(1)と(2)に答えよ。
(1) 銅は他の金属と溶かし合わせて用いられることが多い。ある金属元素の単体に，他の金属元素あるいは非金属元素の単体を溶かし合わせてできた，金属の性質をもつ物質を何というか記せ。
(2) 日本で現在つくられている硬貨の中で銅を主成分とするものを一つあげ，その硬貨に含まれる銅の次に多い成分を元素記号で記せ。
答え…
問1
(ｱ) 11
問2
(1) 合金
(2) 10円，Sn
50円，Ni など
■ 2013 横浜国立大学 理工
金属は様々な添加物を加え高機能化させる場合もある。例えば，青銅は金属銅を主成分として L を含む合金であり，美術品や10円硬貨などに用いられる。また，真ちゅう(黄銅と呼ばれることもある)は金属銅を主成分として M を含む合金であり，楽器などに用いられる。
問 LおよびMにあてはまる物質名もしくは元素記号を答えよ。
答え…
L すず [Sn]
M 亜鉛 [Zn]
■2010 千葉大学 医 園芸 教育 工 薬 理
多量の銀イオンを含む水溶液にハロゲン化物イオンを添加すると，ハロゲン化銀を生成する。ハロゲン化銀のうち， a は水に対する溶解度が大きいために沈殿は生じないが， b (淡黄色)， c (黄色)， d (白色)に関しては沈殿が生じる。それらの沈殿のうち， d はアンモニア水に溶けて無色の水溶液になる。ハロゲン化銀は ア によって分解し，銀を遊離する。このような特性を利用して，写真フィルムには主に b が利用されている。
問1 文中の ア に適切な語句をかきなさい。
問2 a ～ d に入る化合物の正しい組み合わせを選び，番号で答えなさい。
(1)a－フッ化銀，b－ヨウ化銀，c－臭化銀，d－塩化銀
(2)a－ヨウ化銀，b－臭化銀，c－塩化銀，d－フッ化銀
(3)a－ヨウ化銀，b－塩化銀，c－臭化銀，d－フッ化銀
(4)a－フッ化銀，b－臭化銀，c－ヨウ化銀，d－塩化銀
答え…
問1
ア 光
問2
(4)
■ 2013 大阪医科大学 医
ハロゲン化銀の化学変化を利用して，映像を記録する媒体の1つに白黒写真フィルムがある。ゼラチン溶液に臭化カリウム溶液と硝酸銀溶液を加えると，細かな淡黄色結晶 ア が沈殿する。この感光乳剤を合成樹脂膜に塗布したものが写真フィルムである。フィルムに光が当たると，感光性をもつ ア は光によって分解し， イ が生成する。 イ は集合体を形成するが，この段階では目に見える像ではなくこれを潜像核という。フィルムを現像液に浸すと，潜像核のまわりにある未反応の ア 中の銀イオンが ウ されて イ となり，黒い像として見えるようになる。次にチオ硫酸ナトリウムNa2S2O3水溶液に浸し，光が当たらなかった部分の未反応の ア を水に溶けやすい化合物に変化させる。これをよく水洗すると，光の当たった部分は黒く，当たらなかった部分は透明な，実物の明暗とは逆になったネガフィルムが得られる。これを印画紙に焼き付け，一連の処理を行うと写真ができあがる。このように，一連の処理を行った廃液中には多量の銀イオンが含まれているので，銀の回収が行われている。
問 ア ， イ に適切な化学式を， ウ に語句を記入せよ。
答え…
ア AgBr
イ Ag
ウ 還元
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