化学反応式の書き方

質問

以前投稿させていただいたものですが再びです。

アルミニウムと水酸化ナトリウムの反応の考え方についてアドバイスを頂いたのですが、友達にその説明しても納得してくれませんでした。
アルミと水酸化ナトリウムの反応に限りませんが、両性元素は酸にも塩基にもなりますからどちらとも反応します。酸との反応については問題ないのですが、塩基との反応で錯体ができるので若干反応式がややこしくなります。そしてその例としてアルミと水酸化ナトリウムを挙げますが、

2Al+2NaOH+6H2O→2Na[Al(OH)4]+3H2↑

といったようになります。これを書くときの手順ですが、例えば反応する物質に水が書かれていないのに反応式には書かなければなりません。もちろんそれは水の半反応式から表れるのは理解できました。ただ友達は反応の物質から作れるのではないかというのです。

Al+NaOH　で錯体[Al(OH)4]^-が出来て...
Al+NaOH→Na[Al(OH)4]
あれ、係数合わない！
Al+4NaOH→～～～～～～

といった具合にいかないか、と言うのです。少なくとも僕には出来ませんでした。こんなやり方でできるのでしょうか？

酸との反応の例としてアルミと塩酸を挙げますが、

2Al+6HCl→2AlCl3+3H2
とならすんなりかけるというのです。

友達の言ってるので出来るならそれに越したことはないのですが...アドバイスお願いします。

回答No.2

ryoppa · ベストアンサー

まったく化学的でなく，検討違いかもしれませんが、僕は両性元素と塩基の反応式の場合こう解いています。

１．まず、問題文からここまで考える。錯体は何ができるかを覚えておく。（　）は場合によっては水が入ります。
Al＋NaOH＋（　　）→Na［Al(OH)4］

２．次に錯体の係数を１とおき、Al，NaOHの係数をつけます。

1Al＋1NaOH＋（　　）→1Na［Al(OH)4］

３．次にOHの数を考えます。反応後に４OHがあり、反応前にOHが１つあるので（　）にOHを３つ作るため，3H2Oを足します。

1Al＋1NaOH＋3H2O→1Na［Al(OH)4］

４．これで反応前のOHが４つになったので，水から残りのあまったHをH2として反応後に足します。

1Al＋1NaOH＋3H2O→1Na［Al(OH)4］+3/2H2

５．あとは整数倍して終わり。

このやり方でおそらく友達のいっていたやり方と近いのではないかと思いました。なお，アルミと水酸化ナトリウムの場合、水酸化ナトリウム水溶液と書いていませんか？この水溶液が反応前の水に相当すると考えています。

お礼

確かにできますね！普通この反応は半反応式の組み合わせで書きますから、この（友達の言ってる）やりかたは確かに非科学的かもしれませんが、これが知りたかったものです。第一その友達は化学が苦手ですから化学的な式などは目指していませんしね...ｗ
とりあえずこういう方法でもかけることが分かったのでとても参考になりました！ありがとうございます！

回答No.5

nabla

できるだけ友人の方のやり方に近いつもりの方法でやってみます。

１　強塩基の溶液にアルミニウムを入れるとアルミが錯イオンを作って水素がでてくることは知っている。

　Al+OH(-)→［Al(OH)4］(-)+H2

２　係数を合わせてみる。

３　合わせようがないことに気付く。

４　大量に水があるのだから水が反応にからんでいる可能性に気付く。（とりあえず左辺においてみる）

　Al+OH(-)+H2O→［Al(OH)4］(-)+H2

５　係数を合わせてみる。

　2Al+2NaOH+6H2O→2Na[Al(OH)4]+3H2

６　見事係数があってめでたしめでたし。

　って感じでどうでしょう？

お礼

いいですね！友達がどういうのを目指してたのかは明日聞いてみないと分かりませんが今度は納得させられそうです。ありがとうございます！

回答No.4

wonatak

No.3です。続けてですいませんが。実際の反応は、金属のアルミニウムと固体の水酸化ナトリウムを直接反応させるわけではありません。必ず水酸化ナトリウムは水溶液にして使いますので、反応式に水が出てくること事態は全く問題ありません。

但し、形式的に書いた反応式のようにAlと水が最初に反応するわけではなく最初の溶解は、OH-が関与しているはずです。OH-は反応しても、ルシャトリエの平衡移動の法則により補給されますので全く問題ありません。

回答No.3

wonatak

Al→Al3+ + 3e-・・・(1)
2H2O + 2e-→H2 + 2OH- ・・・(2)
(1)×2+(2)×3
2Al+ 6H2O →　2Al(OH)3 + 3H2
両辺に2NaOHを加えると
2Al+ 6H2O + 2NaOH →　2NaAl(OH)4 + 3H2
但し、NaAl(OH)4からは簡単に脱水(2分子）して
NaAlO2（アルミン酸ナトリウム）になります。
というのが全体の化学式ですが、実際の反応ではAlに水を加えただけでは反応は起きません。ここの所は次のように考えると理解することができます。
Al + Na+ + OH- →　Al(OH)^2+ +Na^+ 3e-
OH-が1モル消費されましたので
H2O→H+ + OH-によりOH-が作られます。

Al(OH)^2+ + OH-→Al(OH)2^+
同様に H2O→H+ + OH-によりOH-が作られ、
Al(OH)2^+ +　OH-→Al(OH)3
さらにH2O→H+ + OH-によりOH-が作られ、
Al(OH)3→Al(OH)4^- →AlO2^- +2H2O
となります。これらの水の電離で生じる
3H+と最初に生じた3e-から
3H+ + 3e-→3/2 H2が生じます。
このように考えると、
Al1モルと水酸化ナトリウムと水3モルからアルミン酸ナトリウムが1モルできることが理解できます。

これらをふまえた上で、形式的には最初の計算でやれば答は出てきます。

お礼

ありがとうございます。ここまで詳しくは知りませんでした。参考になりました！

回答No.1

38endoh

Al を溶解させると Al3+ になります。つまりこれは酸化反応です。Al は，酸に溶かしてもアルカリに溶かしても酸化します。

酸化反応である以上，Al を溶解させるには「還元する何か」が必要になります。酸で溶かすときは，H+ が還元して H2 になると考えれば反応式が書けますね。では塩基のときはどうでしょう？

もし，NaOH の Na+ が Na に還元されるなら，

　　Al ＋ 4 NaOH → 3 Na ＋ Na[Al(OH)4]

と書く事ができます。しかしイオン化傾向から考えて，上記の反応は不可能です。Al よりもイオン化傾向が小さくて（＝還元しやすくて），系中に多く存在する物，それは水です。それに気が付くと，水が還元する，

　　2 Al ＋ 2 NaOH ＋ 6 H2O → 2 Na[Al(OH)4] ＋ 3 H2↑

という正しい式に行き着く事ができると思います。「酸化還元反応の一種だ」と考えることがポイントですね。

お礼

ありがとうございます。ただ友達の言ってるのは係数の合う合わないを見ることだけで反応式が作れるかどうかだったので、少し論点がずれてしまいました。
いずれにせよありがとうございます！