【高校化学】気体発生のパターンを徹底解説

化学実験や試験問題では、特定の反応から気体が発生するパターンを理解することが重要です。本記事では、気体が発生する代表的なパターンと具体例をまとめます。

気体発生のパターン

まず、気体発生のパターンを大まかに７つに分類します。

発生方法	加熱の有無	生成できる気体
弱酸・弱塩基遊離	×a)	CO2, SO2, H2S, C2H2, NH3
酸化還元反応	△	H2, Cl2
希硝酸, 濃硝酸, 熱濃硫酸を酸化剤として利用	△	NO, NO2, SO2
揮発性酸の追い出し	〇	HCl, HF
分解反応	〇	O2, CO2
濃硫酸による脱水反応	〇	CO, C2H4
その他（無声放電, 脱炭酸）	△	O3, CH4

a) NH₄Cl + Ca(OH)₂ の反応は固体と固体の反応なので加熱が必要。

ここで、加熱の有無について載せている理由ですが、試験中に問題を解くうえでのヒントを増やすためです。

加熱が必要な原因は様々で、主に以下の３つがあります。

• 固体の融解 ex) NH₄Cl + Ca(OH)₂
• 反応の促進 ex) 分解反応, 脱水反応
• 気体を反応系から出す（ルシャトリエの原理）　ex) 揮発性酸の追い出し

加熱する理由も合わせて覚えておくと便利です。

弱酸・弱塩基遊離

CO₂

製法①：石灰石に塩酸を注ぐ

反応式①：\(\large{\ce{CaCO3 + 2HCl -> H2O + CO2 + CaCl2}}\)

製法②：重曹に塩酸を注ぐ

反応式②：\(\large{\ce{NaHCO3 + HCl -> H2O + CO2 + NaCl}}\)

他にも、CO₂は炭酸水素ナトリウムの分解でも発生します。

SO₂

製法：亜硫酸ナトリウムに硫酸を注ぐ

反応式：\(\ce{\large{ Na2SO3 + H2SO4 -> H2O + SO2 + Na2SO4 }}\)

この反応はあんまり出てこないです。

H₂S

製法：硫化鉄（Ⅱ）に希硫酸を注ぐ

反応式：\(\large{\ce{FeS + H2SO4 -> H2S + FeSO4}}\)

酸化力が大きくH₂Sを酸化してしまう硝酸や濃硫酸は使えません。

C₂H₂

製法：カルシウムカーバイドに水を注ぐ

反応式：\(\large{\ce{CaC2 + 2H2O -> C2H2 + Ca(OH)2}}\)

水中で反応が進むため、CaOはCa(OH)₂になっています。

NH₃

製法：塩化アンモニウムに消石灰を混ぜて加熱する

反応式：\(\large{\ce{2NH4Cl + Ca(OH)2 -> 2NH3 + 2H2O + CaCl2}}\)

酸化還元反応

H₂

製法①：亜鉛に希硫酸を注ぐ

反応式①：\(\large{\ce{Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2}}\)

製法②：亜鉛に希塩酸を注ぐ

反応式②：\(\large{\ce{2Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2 }}\)

このほかにも、イオン化傾向の大きい金属＋酸の組み合わせで生成できます

Cl₂

製法：酸化マンガン（Ⅳ）に濃硫酸を加えて加熱する

反応式：\(\large{\ce{ 4HCl + MnO2 -> Cl2 + 2H2O + MnCl2}}\)

過酸化水素の分解と違って二酸化マンガンは触媒じゃないです

希硝酸・濃硝酸・熱濃硫酸を酸化剤として利用

NO

製法：銅に希硝酸を注ぐ

反応式：\(\large{\ce{3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O}}\)

NO₂

製法：銅に濃硝酸を注ぐ

\(\large{\ce{Cu + 8HNO3-> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 2H2O}}\)

SO₂

製法：銅に濃硫酸を注いで加熱

\(\large{\ce{Cu + 2H2SO4-> CuSO4 + SO2 + Na2SO4}}\)

揮発性酸の追い出し

HCl

製法：食塩に濃硫酸を加えて加熱する。

反応式：\(\large{\ce{ NaCl + H2SO4-> HCl + NaHSO4}}\)

生じるのはNaHSO₄です！ただし高温ではNa₂SO₄が出来ます。

HF

製法：蛍石（ほたるいし）に濃硫酸を加えて加熱する

反応式：\(\large{\ce{CaF2 + H2SO4 -> 2HF + CaSO4}}\)

蛍石は構造も重要です。（蛍石型構造）

分解反応

O₂

製法①：酸化マンガン（Ⅳ）に過酸化水素そ注ぐ

反応式①：\(\large{\ce{ 2H2O2-> O2 + 2H2O}}\)

製法②：塩素酸カリウムに酸化マンガンを加えて加熱

反応式②：\(\large{\ce{2KClO ->3O2 + 2KCl }}\)

ここでは分解反応としての特徴で分けてありますが、どちらも酸化還元反応でもあります。（酸素の還元）

CO₂

製法：炭酸水素ナトリウムを加熱する

反応式：\(\large{\ce{ 2NaHCO3-> Na2CO3 + H2O + CO2}}\)

二酸化炭素は弱酸遊離でも作れるので作り方が豊富です。

濃硫酸による脱水反応

CO

製法①：ギ酸に濃硫酸を加えて加熱する

反応式①：\(\large{\ce{HCOOH ->H2O + CO }}\)

製法②：シュウ酸に濃硫酸を加えて加熱する

反応式②：\(\large{\ce{H2C2O4 ->H2O + CO + CO2 }}\)

これらの反応は忘れやすいので注意が必要です

C₂O₄

製法：エタノールに濃硫酸を加えて加熱する

反応式：\(\large{\ce{C2H5OH ->H2O + C2H4 }}\)

これはかなりマニアックな反応だと思います。

無声放電・脱炭酸

O₃

製法：乾いた空気中で無声放電する

反応式：\(\large{\ce{ 3O2->2O3 }}\)

問題によっては酸素の紫外線照射（ラジカル反応）の方を出してきます。

オゾンは有機化学で二重結合の切断（オゾン分解）に使うことも覚えておくと便利です。

CH₄

製法：酢酸ナトリウムに水酸化ナトリウムを混ぜて加熱する

反応式：\(\large{\ce{ CH3COONa + NaOH->Na2CO3 + CH4 }}\)

これもマニアックは反応です。