第72時
実験16 塩化鉄の電気分解
2018 11 20（火）、21（水）
第２理科室
はじめに
すべての金属は電子を失い、プラスイオンになる特性を持っています。鉄の場合、失う電子の数は２個と３個の場合があり、２個失った場合はFe2+（Ⅱ）、３個失った場合はFe3+（Ⅲ）になります。どちらになるかは条件によって変わるだけでなく、それらが複合した形（構造）になるので、鉄は難しい金属の１つとして有名です。
中学で学ぶ鉄、鉄イオン、酸化鉄
身の回りによく見られる鉄は、詳しく学習したい金属の１つです。中学では硫黄と化合させたり、スチールウール（鉄）を空気中で加熱し、酸化鉄をつくったりします。スチールウールの加熱では、その質量が増加すること、増加量＝酸素量であること、を学びます。その変化は『鉄＋酸素→酸化鉄』ですが、化学反応式で表すことは困難です。問題点は鉄イオンの価数が２つあることです。１つはFe2+（Ⅱ）、もう１つはFe3+（Ⅲ）です。そして、さらに大きな問題点は、鉄は単純な酸化反応をするのではなく、複雑な反応をする（結晶構造をつくる）ことです。酸化鉄の種類は、ウィキペディアで16種類紹介されています。
次に、チャンスがあれば授業で教えたいものをまとめます。
鉄の酸化（酸素不足の場合）
鉄イオン：Fe2+
酸化鉄：FeO（Ⅱ）
２Fe ＋ O2 → ２FeO
鉄の酸化（酸化十分の場合）
鉄イオン：Fe3+
酸化鉄：Fe2O3（Ⅲ）（三酸化二鉄）（赤さび）
４Fe ＋ ３O2 → ４Fe2O3鉄鉱石（ヘグマタイト）
鉄イオン：Fe2+ ＆ Fe3+
酸化鉄：Fe3O4（四酸化三鉄）（黒さび）（鉄鉱石の主原料の１つ）
鉄製品を酸素や水による腐食から守るために、Fe3O4で表面をおおうことがよくある。さらに、Fe3O4の表面は、Fe11O16（16酸化11鉄）であると仮定すると上手くシミュレートできる、という報告もあります（出展）このように、実際の酸化鉄は非常に複雑で、中学生の手におえるものではありませんが、私は鉄原子や鉄イオンについて、できる範囲で学習させたいと思います。本時の実験は、鉄イオンの不思議さ、色の美しさに触れることができます。金属イオンの価数が１つではないことを紹介するために、時間があれば実践したい授業の１つだと思います。
このページは本年度の授業スナップを中心にまとめます。詳細は７年前の実践『塩化鉄の電気分解３年（2011年）』をご覧ください。
図１： 塩化鉄（Ⅱ）水溶液をつくり、電流を流す
