アルミ、鉄と希硝酸が反応して発生する気体は？

質問

問題集の解答では一酸化窒素となっているのですが、僕はアルミや鉄は水素よりイオン化傾向が大きい金属なので、塩酸との反応のように水素イオンとの間で酸化還元反応が起きて水素が発生するのでは？と考えました。
それとも希硝酸の酸化力が大きいので、水素イオン（あるいは発生した水素？）との兼ね合いで硝酸も還元されて一酸化窒素が（水素より多めに）発生するということでしょうか？
またアルミや鉄以外の金属（例えばアルカリ金属や亜鉛）でも希硝酸との反応では一酸化窒素が発生するのでしょうか？
よろしくお願いします。

回答No.1

htms42 · ベストアンサー

ＮＯと答えさせるのは無理だと思います。

硝酸の反応はややこしいようです。
銅と硝酸の反応はその中でも条件が比較的に簡単になる場合だということのようです。
それでもＮＯが出る、ＮＯ２が出るというのは濃度によって徐々に移り変わって行く内容だそうです。ある濃度でぱっと切り替わるのではなくて混合気体の割合が変わって行くことになります。ＮＯ２には色が付いています。目で見て発生が分かるという判断であれば濃硝酸を５倍程度（３ｍｏｌ／Ｌ程度）に薄めると無色の気体の発生が主になります。この硝酸をさらに薄めて行くと無色の気体の発生も起こらなくなります。ハッキリと濃度を確かめたわけではありませんが多分、０．１ｍｏｌ／Ｌでは気体の発生は観察されないでしょう（観察されたとしてもものすごく弱いものでしょう）。
でも０．１ｍｏｌ／Ｌの硝酸にマグネシウムを入れれば気体が出てくるでしょう（これはかなりはっきりとした反応です）。
銅では気体が出てこないのにマグネシウムでは出てくるとしたら水素だということになります。

希硝酸にも幅があることになります。
普通、硝酸が酸化剤として働いてＮＯを発生すると言われている希硝酸はある程度濃い希硝酸（濃度の目安では１０倍の幅）だということです。

ある程度濃い硝酸にマグネシウムを入れるとどうなるでしょう。
ＮＯとＮＯ２，Ｈ２が混ざって出てくるというだけではなくてＮ，Ｈ，Ｏの組み合わせでできるいろんな化合物が発生するようです。（硝酸の濃度によって各種の気体の割合がどのように変化していくかを表している図を載せている本を見た事があります。でも今手元にありませんので確認できません。）

とにかく、イオン化傾向の大きな金属と硝酸の反応を問うというのは無理な話です。
アルミニウムは硝酸に溶けにくい（表面に丈夫な酸化物の被膜ができる）というのは教科書にも載っていることですからなおさら不適当だということになります。

ＮＯ２は水に溶けます。
３ＮＯ２＋Ｈ２Ｏ→２ＨＮＯ３＋ＮＯ
これは硝酸の製法としても使われている反応です。
濃硝酸はＮＯ２が飽和していると考えていいでしょう。
だから反応によってＮＯ２が生じればそのまま外に出てきます。
水で薄めて上の反応が充分に起こるのであれば外にＮＯ２は出てこないでＮＯだけが出てくるということになります。私のやった経験では濃硝酸と銅の反応が起こっている試験管に水を加えて体積を３～５倍ぐらいにするとほとんど褐色の気体の発生は無くなります。不透明な緑色の溶液がさっと透明な青い溶液に変わります。無色の気体の発生だけになっているからです。
細かい仕組みは分かりません。でも希硝酸でＮＯが出るというのは発生したＮＯ２が水と応してＮＯに変わったからだと考えてもいいのではないでしょうか。

お礼

返事が遅れてしまいすみません。
やっぱりそうですよね、一概に答えることはできないという意味でやはりあまりよくない問題なのかなと思います。
希硝酸の濃度によっても反応が変わってくるという視点も、字面だけで勉強している自分には新しいことでした、ありがとうございます。