共通テスト（理科） 過去問
令和6年度（2024年度）追・再試験
問106 (化学（第3問） 問2)

「ウ」のみの選択肢が正答となります。
それぞれの金属イオンと操作を見ていきましょう。

ア:鉛（Ⅱ）イオンPb²⁺と鉄（Ⅱ）イオンFe²⁺を含む水溶液に塩酸を加える
希硝酸よりも強い塩酸に対して、鉛（Ⅱ）イオンPb²⁺と鉄（Ⅱ）イオンFe²⁺のいずれも反応します。
 

しかし、Pb²⁺は塩化鉛（Ⅱ）PbCl₂として沈殿する一方で、Fe²⁺は溶解を続け、塩化鉄（Ⅱ）や塩化鉄（Ⅲ）となり溶け切るため、沈殿しません。
Fe²⁺は空気中の酸素による酸化や加水分解により、水酸化鉄（Ⅲ）Fe(OH)₃となったときに初めて、赤褐色の沈殿を生じます。

よってアでは、Pb2+のみの沈殿を得ることができます。

イ:鉄（Ⅲ）イオンFe³⁺と亜鉛イオンZn²⁺を含む水溶液に過剰のアンモニア水を加える。
Fe³⁺は水酸化鉄（Ⅲ）Fe（OH）₃として沈殿します。

Zn²⁺は、一度水酸化亜鉛Zn(OH)₂として沈殿したのち、さらに加えられたアンモニア水に溶解していき、テトラアンミン亜鉛（Ⅱ）イオン[Zn（NH₃）₄]²⁺として、溶液になります。
 

よってイでは、Fe³⁺のみの沈殿を得ることができます。

ウ:カルシウムイオンCa²⁺とバリウムイオンBa²⁺を含む水溶液にアンモニア水を加えて弱塩基性としてから、炭酸アンモニウム水溶液を加える。
最終的に水溶液中には、硝酸イオンNO₃^-、カルシウムイオンCa²⁺、バリウムイオンBa²⁺、アンモニウムイオンNH₄⁺、水酸化物イオンOH^-、炭酸イオンCO₃^2-が存在します。
ややこしいので順を追って考えましょう。

Ca²⁺、Ba²⁺と反応できるのはNO₃^-、OH^-、CO₃^2-です。
「アンモニア水を加えて弱塩基性とし」た時点で、Ca²⁺とBa²+はNO₃^-やOH^-と反応しています。
 

そこへ「炭酸アンモニウム水溶液を加え」て水溶液を酸性にしていっているため、最終的にCa²⁺とBa²はCO₃^2-と反応します。

すると、以下の反応が起こります。
Ca²⁺＋CO₃^2-→CaCO₃
Ba²＋CO₃^2-→BaCO₃
 

炭酸カルシウムCaCO₃、炭酸バリウムBaCO₃はいずれも白色の沈殿で、区別はつきません。
 

よって、一方のみの沈殿を得ることはできません。

したがって、Bの操作のみで一方の金属イオンのみを沈殿させることができない水溶液はウのみとなります。

金属イオンの性質に関する問題です。

ア:鉛（Ⅱ）イオンPb²⁺と鉄（Ⅱ）イオンFe²⁺を含む水溶液には塩酸を加えると、Pb²⁺は塩化鉛（Ⅱ）PbCl₂として沈殿しますが、Fe²⁺は沈殿しません。

イ:鉄（Ⅲ）イオンFe³⁺と亜鉛イオンZn²⁺を含む水溶液に過剰のアンモニアNH₃水を加えると、Fe³⁺は水酸化鉄（Ⅲ）Fe（OH）₃として沈殿しますが、Zn²⁺はテトラアンミン亜鉛（Ⅱ）イオン[Zn（NH₃）₄]²⁺を形成し、沈殿しません。

ウ:カルシウムイオンCa²⁺とバリウムイオンBa²⁺を含む水溶液にNH₃水を加えて弱塩基性としてから、炭酸アンモニウム（NH₄）₂CO₃水溶液を加えると、Ca²⁺は炭酸カルシウムCaCO₃として沈殿し、Ba²⁺は炭酸バリウムBaCO₃として沈殿します。

以上のことから、一方の金属イオンのみを沈殿させることができない水溶液はウになります。