【過去問】金属とイオン化傾向とは？腐食との関係を解説｜危険物取扱者【甲、乙、丙】

解説

誤っているのは４。金属でも、粉末にすると空気と触れる面積が大きくなり、燃焼するものがある（鉄粉や金属粉は第２類の危険物）。１のリチウム・ナトリウム・カリウムは比重が１より小さく、水より軽い。２のイオンへのなりやすさ（イオン化傾向）は金属の種類で異なる。３の銅・銀・白金・金など、水素よりイオン化傾向の小さい金属は希硫酸と反応しない。５の比重が約４以下の金属を軽金属という。いずれも正しい。

解説

誤っているのは３。鉄がさびやすいのは湿った空気中で、乾燥した空気中ではさびにくい。また、さびるのは酸素と結びつく「酸化」で、「還元」ではない。１の銅は展性・延性に富み電気や熱をよく伝えるので電線に、２のステンレス鋼は鉄とクロムなどの合金でさびにくいので配管に、４のチタンは強く軽く腐食しにくいので航空機などに、５のアルミニウムは軟らかく加工しやすいので建材や日用品に使われる。いずれも正しい。

解説

正しいのは１（カリウム）。イオン化列はK・Ca・Na・Mg・Al・Zn・Fe・Ni・Sn・Pb・（H）・Cu・Hg・Ag・Pt・Auの順で、先頭のカリウムが最も陽イオンになりやすい。選択肢の残りは、３の鉄＞２の銅＞４の白金＞５の金の順に小さくなる。

解説

正しいのは３（白金）。塩酸などの酸に溶けて水素を発生するのは、イオン化傾向が水素（H）より大きい金属。白金（Pt）は水素よりイオン化傾向が小さい貴金属で、塩酸には溶けない。１の亜鉛（Zn）、２のニッケル（Ni）、４の鉄（Fe）、５のスズ（Sn）は、どれもイオン化列で水素より左側にあり、塩酸に溶けて水素を発生する。

解説

正しいのはBとDで、５。A：誤り。イオン化傾向の大きい金属ほど電子を出しやすく、酸化されやすい。小さい金属は酸化されにくい。B：正しい。水素よりイオン化傾向の大きい金属（亜鉛・鉄など）は、希硫酸や希塩酸と反応して水素を発生する。C：誤り。イオン化傾向の大きい金属ほど反応性が高く、関係は大きい。D：正しい。イオン化傾向の異なる２種類の金属を組み合わせると、酸化還元反応を利用した電池ができる。

解説

正しいのは１。イオン化傾向の大きい金属は電子を放出して陽イオンになるので、酸化（A）される。その電子が導線を通って他方の金属へ流れ、そこで電子を受け取る還元（B）反応が起こる。使い切りの一次電池の例はマンガン乾電池（C）、充電して繰り返し使える二次電池の例は鉛蓄電池（D）。３・４・５はAとBが逆。また、リチウムイオン電池は二次電池、酸化銀電池は一次電池なので、２・４・５のC・Dの組み合わせも誤り。

解説

正しいのは２（Ag）。電池の起電力は、組み合わせる２種類の金属のイオン化傾向の差が大きいほど大きくなる。イオン化列（…Al・Zn・Fe・Ni・Sn・Pb・（H）・Cu・Hg・Ag…）で、選択肢のうちアルミニウムから最も離れている（イオン化傾向が最も小さい）のは銀（Ag）。１のFe、５のNi、４のPb、３のCuの順にアルミニウムに近く、起電力は小さくなる。

解説

正しいのは１。金属は水溶液中で電子を放出して陽イオン（A）になろうとし、その度合いがイオン化傾向。流電陽極法では、守りたい金属よりイオン化傾向の大きい（B）金属をつないでおくと、その金属が先に溶け出して身代わりになり、守りたい金属の腐食を防ぐ。鉄を守るなら、鉄よりイオン化傾向の大きいアルミニウム（C）・亜鉛・マグネシウムなどを使う。銅や水銀は鉄よりイオン化傾向が小さく、守ることはできない。金属は陰イオンにはならないので、４・５も誤り。

解説

誤っているのは５。水中で鉄と銅が接触すると、イオン化傾向の大きい鉄のほうが電子を出して陽イオンになり、鉄の腐食は促進される。１の酸性の水中では、水素イオン濃度が高いほど鉄は腐食しやすい。２の濃硝酸に浸すと、鉄の表面に不動態被膜ができ、それ以上侵されにくくなる。３のアルカリ性のコンクリート中では、鉄の表面に被膜ができて腐食は防止される。４の塩分が付着したものは腐食しやすい。いずれも正しい。

解説

正しいのは３。エポキシ樹脂塗料で完全に被覆すると、配管が土や水に直接触れないので、最も腐食が起こりにくい。１のコンクリート中の鉄筋に接触していると、置かれた環境の違う鉄どうしの間に電流が流れて腐食しやすい。２の直流電気鉄道のレールの近くは、地中に漏れた電流（迷走電流）で腐食が進む。４の砂層と粘土層、５の土壌中とコンクリート中のように、性質の異なる場所にまたがって埋設すると、その間に電流が流れて腐食しやすい。

解説

誤っているのは１。鉄は酸性が強いほど腐食が速くなり、アルカリ性になると表面に被膜ができて腐食が進みにくくなる。「アルカリ性が強くなれば腐食速度が増大」は逆。２の腐食速度はpHに左右される、３の金属が周りの環境と反応して酸化消耗する現象を腐食という、４の金属の種類によって、５の金属表面の状態によって腐食速度が異なる、はいずれも正しい。