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【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】

【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】

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目次

【過去問】金属とイオン化傾向とは?腐食との関係

金属について、次のうち誤っているものはどれか。

  1. 金属の中には水よりも軽いものがある。
  2. イオンになりやすさは金属の種類によって異なる。
  3. 希硫酸と反応しない金属もある。
  4. 金属は燃焼しない。
  5. 比重が約4以下の金属を一般に軽金属という。
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問題1の図解
正解4
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。

間違えやすいポイント

金属も粉にすれば燃える。「金属は燃えない」は誤り。

金属材料に関する記述について、次のうち誤っているものはどれか。

  1. 銅は、展性や延性に富み、電気や熱の伝導性が大きいので、電線などに用いられる。
  2. ステンレス鋼は、鉄とクロムなどの合金で、さびにくく耐薬品性が高いので、工場の配管などに用いられる。
  3. 鉄は、地殻中に多く存在し幅広く用いられるが、乾燥した空気中でも還元されてさびを生じやすい。
  4. チタンは、強度や耐食性に優れ、軽量なため、航空機用構造材や腕時計などに用いられる。
  5. アルミニウムは、軟らかく展性や延性に富み、建築材料や日用品などに用いられる。
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問題2の図解
正解3
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。

間違えやすいポイント

鉄がさびるのは「湿った空気」で「酸化」。乾燥・還元はひっかけ。

次の金属のうち、イオン化傾向が最も大きいものはどれか。

  1. カリウム
  2. 銅
  3. 鉄
  4. 白金
  5. 金
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問題3の図解
正解1
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。

間違えやすいポイント

イオン化列の先頭はK(カリウム)、末尾はAu(金)。

金属は塩酸に溶けて水素を発生するものが多いが、次のうち、塩酸に溶けないものはどれか。

  1. 亜鉛
  2. ニッケル
  3. 白金
  4. 鉄
  5. スズ
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問題4の図解
正解3
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。

間違えやすいポイント

イオン化列で(H)より左の金属は酸に溶けて水素を出す。(H)より右のCu・Hg・Ag・Pt・Auは塩酸に溶けない。

金属のイオン化傾向の説明として、次のA~Dのうち、正しいものの組合せはどれか。
A.イオン化傾向の小さな金属の単体は、大きな金属の単体よりも酸化されやすい。
B.イオン化傾向の大きい金属の単体には、希硫酸や希塩酸と反応し水素を発生させるものがある。
C.イオン化傾向と金属の反応性との関係は、ほとんどない。
D.イオン化傾向が異なる金属を組合せ、酸化還元反応を利用して電池ができる。

  1. AとB
  2. AとC
  3. AとD
  4. BとC
  5. BとD
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問題5の図解
正解5
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。

間違えやすいポイント

イオン化傾向が大きい=酸化されやすい=反応性が高い。向きを逆にしたひっかけに注意。

電池に関する次の文の( )内のA~Dに当てはまる語句の組み合わせとして、正しいものはどれか。
「イオン化傾向の異なる2種類の金属を、電解質水溶液に浸して導線で結ぶと、イオン化傾向の大きな金属は(A)され、陽イオンとなる。このとき生じた電子は、導線を通って他方の金属へ流れ、(B)反応が起こる。このように、酸化還元反応を伴って発生する化学エネルギーを、電気エネルギーとして取り出す装置を電池という。電池には、(C)のような一次電池と、(D)のような二次電池がある。」

  1. A 酸化/B 還元/C マンガン乾電池/D 鉛蓄電池
  2. A 酸化/B 還元/C リチウムイオン電池/D 鉛蓄電池
  3. A 還元/B 酸化/C マンガン乾電池/D 鉛蓄電池
  4. A 還元/B 酸化/C マンガン乾電池/D 酸化銀電池
  5. A 還元/B 酸化/C リチウムイオン電池/D 酸化銀電池
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問題6の図解
正解1
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。

間違えやすいポイント

電子を出す側が酸化、受け取る側が還元。マンガン乾電池は一次、鉛蓄電池は二次。

2種の金属の板を電解液中に離して立て、金属の液外の部分を針金でつないで電池をつくろうとした。この際に、片方の金属をAlとした場合、もう一方の金属として最も大きな起電力が得られるものは、次のうちどれか。

  1. Fe
  2. Ag
  3. Cu
  4. Pb
  5. Ni
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問題7の図解
正解2
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。

間違えやすいポイント

起電力はイオン化傾向の「差」で決まる。イオン化列で遠い相手ほど大きい。

次の文の( )内のA~Cに当てはまる語句の組み合わせとして、正しいものはどれか。
「金属が水溶液中で(A)になろうとする性質をイオン化傾向という。流電陽極法はこの性質を利用して、金属の腐食を防止する方法の1つである。保護する金属よりイオン化傾向の(B)金属が溶解することで腐食を防止する。例えば、鉄の腐食を防止する場合は(C)の合金を用いる。」

  1. A 陽イオン/B 大きい/C アルミニウム
  2. A 陽イオン/B 小さい/C 銅
  3. A 陽イオン/B 大きい/C 水銀
  4. A 陰イオン/B 小さい/C アルミニウム
  5. A 陰イオン/B 大きい/C 銅
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問題8の図解
正解1
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。

間違えやすいポイント

守る金属より「イオン化傾向が大きい」金属を身代わりにする。鉄ならMg・Al・Zn。

鉄の腐食について、次のうち誤っているものはどれか。

  1. 酸性域の水中では、水素イオン濃度が高いほど腐食する。
  2. 濃硝酸に浸すと、不動態被膜を形成する。
  3. アルカリ性のコンクリート中では、腐食は防止される。
  4. 塩分の付着したものは、腐食しやすい。
  5. 水中で鉄と銅が接触していると、鉄の腐食は抑制される。
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問題9の図解
正解5
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。

間違えやすいポイント

鉄よりイオン化傾向の小さい金属(銅など)と接触すると、鉄のほうが溶けて腐食が進む。

鋼製の危険物配管を埋設する場合、最も腐食が起こりにくいものは、次のうちどれか。

  1. 土壌埋設配管が、コンクリート中の鉄筋に接触しているとき。
  2. 直流電気鉄道の軌条(レール)に近接した土壌に埋設されているとき。
  3. エポキシ樹脂塗料で完全に被覆され土壌に埋設されているとき。
  4. 砂層と粘土層の土壌にまたがって埋設されているとき。
  5. 土壌中とコンクリート中にまたがって埋設されているとき。
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問題10の図解
正解3
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。

間違えやすいポイント

塗装で完全に覆うのが防食の基本。迷走電流・異なる土壌・鉄筋との接触は腐食を進める。

金属の腐食についての説明として、次のうち誤っているものはどれか。

  1. 鉄の腐食では、アルカリ性が強くなれば腐食速度が増大する。
  2. 腐食速度は、pHに左右される。
  3. 金属材料が環境中で反応して酸化消耗する現象を腐食という。
  4. 金属の種類によって、腐食速度が異なる。
  5. 金属表面の状態によって、腐食速度が異なる。
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問題11の図解
正解1
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。

間違えやすいポイント

鉄は「酸性で腐食しやすく、アルカリ性で腐食しにくい」。コンクリート中で守られるのも同じ理由。

強欲な青木

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この記事を書いた人

高専から大学院まで9年間にわたり化学を専攻。
消防整備士として10年の実務経験を積み、独立・起業。

消防設備士全類、危険物取扱者全類をはじめ、第二種電気工事士、AI・DD総合種、第三種電気主任技術者など、多数の国家資格を保有。

神戸高等技術専門学院にて危険物取扱者 乙種第4類およびDO第3種の講師を担当。
また、月刊誌「電気と工事(オーム社)」にてコラムを連載中。

実務・教育・執筆の三軸から、専門性と実践力を兼ね備えた情報発信を行っている。

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