無機化学の reactive world（反応性の世界）
リチウムを水に入れると静かに泡立ち、カリウムを入れると発火する。本節では、これらの現象の背景にある法則、周期表の族、私たちが呼吸する空気、金属の精製方法や鉄が錆びる理由を決める反応性の梯子、そしてコースの主要な実務的領域である酸、アルカリ、塩の調製、識別試験について解説する。
Edexcel International GCSE Chemistry 4CH1, Section 2 （ステートメント2.1–2.50）は、両紙において最も多くの暗記問題および実技問題を提供する。C付与のステートメントは化学のみに関する内容である。
Group 1 と Group 7
Group 1 (Li, Na, K) は水と反応して水酸化物と水素を生成する。泡立ち、水面に浮く、融解（Na）、紫の炎（K）が見られる。反応は族を下に行くほど速く激しくなる傾向がある。（C）反応性は外側の電子が原子核から遠くなり、失われやすくなるため上昇する。
Group 7 (Cl₂ 淡緑色の気体、Br₂ 橙褐色の液体、I₂ 灰黒色の固体) は族を下に行くほど色が濃くなる。より反応性の高いハロゲンは、反応性の低いハロゲンの塩を置換する：塩素は臭化カリウムから臭素を置換し、溶液は橙色になる。（C）反応性は族を下に行くほど低下する。外殻が原子核から遠いため、電子を得にくくなるからである。
空気と気体
乾燥空気: およそ 78 % 窒素, 21 % 酸素, 0.96 % アルゴン, 0.04 % 二酸化炭素（最も abundant な4成分）。酸素の割合は消費することで測定できる — 水の上での湿った空気中での鉄の錆びや、リンの燃焼により、水は約5分の1上昇する。元素は酸素中で燃焼する: マグネシウムは明るい白色の炎と白色のMgOを与える; 水素は「ポッ」という音と共に蒸気として燃焼する; 硫黄は青い炎と息詰まりするSO₂を与える。硫酸銅(II)炭酸塩は加熱で分解する: CuCO₃ → CuO + CO₂ （石灰水が白濁する）。CO₂ は 温室効果ガス であり、その濃度上昇は気候変動に寄与している。
反応性系列と金属
暗記の順序：カリウム、ナトリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、(炭素)、亜鉛、鉄、(水素)、銅、銀、金。水素より上の金属—鉄までのすべて—は希HCl/H₂SO₄と反応して水素を放出し、反応性が強いほど泡立ちが速い。ある金属は、それより反応性の低い金属をその塩溶液や酸化物から置換する。
錆びには酸素と水が必要である；防錆法としてバリア法（塗料、油、プラスチック）、亜鉛メッキ（亜鉛層）、およびサクリフィシャルプロテクション（より反応性の高い金属である亜鉛やマグネシウムが代わりに腐食する）がある。酸化とは電子の喪失または酸素の付加を指し、還元はその逆である；両方を含む反応を酸化還元反応と呼ぶ；酸化剤は還元され、還元剤は酸化される。
(C) 抽出は反応性と対応する：不活性な金属（金、銀）は自然状態（遊離態）で存在する；炭素より下の金属（鉄）は高炉内で炭素によって還元される；炭素より上の金属（アルミニウム）は熔融鉱石の電気分解を要する。アルミニウム（比重が低く耐食性）、銅（導電性）、鉄および鋼材（強度が高い；ステンレスは錆びにくい）はそれぞれの性質に基づいて選ばれる。合金は金属を他の元素と混合したもので、原子の大きさの違いが層の滑りを妨げるため硬くなる。
酸、アルカリおよび塩類
酸はH⁺(aq)を供給し、アルカリはOH⁻(aq)を供給する。指示薬：リトマス（酸中では赤色、アルカリ中では青色）、フェノールフタレイン（無色→桃色）、メチルオレンジ（赤色→黄色）。pHスケール pH 0–14で溶液を分類し（0–3強酸性 … 11–14強アルカリ性）、ユニバーサルインジケーターで概略pHを測定する。中和反応：酸＋アルカリ→塩＋水。(C) 酸はプロトン供与体、塩基はプロトン受容体であり、アルカリは可溶性塩基のこと。(C) 滴定：フラスコに一定量のアルカリと指示薬を入れ、ビュレットから酸を滴下して色の変化に至るまで行い、一致する結果を得るために繰り返す。
溶解性規則：ナトリウム、カリウム、アンモニウム塩は可溶；硝酸塩は全て可溶；塩化物は可溶だがAgClとPbCl₂を除く；硫酸塩は可溶だがBaSO₄、CaSO₄、PbSO₄を除く；炭酸塩は不溶だがNa⁺、K⁺、NH₄⁺を除く；水酸化物は不溶だがNa⁺、K⁺（Ca(OH)₂は微溶）を除く。
酸＋金属／塩基／炭酸塩で塩が生成する：例 Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂；CuO + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O。不溶性の反応物からの可溶性塩（CuO＋温めた希H₂SO₄）：過剰塩基を加えてろ過し、蒸発・結晶化させる。(C) 酸＋アルカリからは：滴定後、蒸発させる。(C) 不溶性塩：2つの溶液を混ぜて沈殿を生成させる（Pb(NO₃)₂ + Na₂SO₄ → PbSO₄↓ + 2NaNO₃）、ろ過、洗浄、乾燥する。
化学的試験
気体：水素—火のついた matches が「ポッ」と鳴る；酸素—光っているmatches を再点灯させる；二酸化炭素—石灰水を白濁させる；アンモニア—湿らせた赤色リトマス紙を青色にする；塩素—湿らせたリトマス紙を漂白して白色にする。陽イオン：炎色反応（Li⁺赤色、Na⁺黄色、K⁺ラベンダー、Ca²⁺橙赤色、Cu²⁺青緑色）；NH₄⁺はNaOH(aq)と共熱してアンモニアを出す；Cu²⁺/Fe²⁺/Fe³⁺はNaOH(aq)と反応して青／緑／錆茶色の沈殿を作る。陰イオン：Cl⁻/Br⁻/I⁻は酸化处理した硝酸銀と反応して白／クリーム色／淡黄色の沈殿を作る；SO₄²⁻は酸化处理した塩化バリウムと反応して白色沈殿を作る；CO₃²⁻は希HClと反応して泡立ちCO₂を出す。水：無水塩基性炭酸銅(II)を白から青に変える；純水サンプルは100 °Cで鮮明に沸騰する。
自己チェック
- Group 1の反応性における傾向を説明し、(C) 電子に関する理由を述べよ。
- 塩素水を臭化カリウム液に加えたときに見られる現象と、その理由を述べよ。
- 乾燥空気に含まれる4つの主要な気体とそのおおよその百分率を答えよ。
- 鉄が錆びるために必要な2つの条件と、2つの防錆方法を述べよ。
- 電子の観点から酸化と還元の定義を述べよ。
- (C) アルミニウムは電気分解で抽出されるのに、鉄は炭素還元で抽出されるのはなぜか？
- 不溶性塩化物と不溶性硫酸塩はそれぞれ何か。
- 酸化銅(II)と硫酸の反応式を書け。
- ナトリウム、カリウム、銅の炎色反応の色を説明せよ。
- 硫酸イオンの検出法と陽性結果を説明せよ。
答え: 1 族を下るにつれて反応性は増す (B1); (C) 最外殻電子は原子核から遠い殻にあるため、より容易に失われる; 2 溶液はオレンジ色に変化する — クロルが臭素を置換するのは、クロルの方が反応性の高いハロゲンだからである; 3 窒素 ≈78 %, 酸素 ≈21 %, アルゴン ≈0.96 %, 二酸化炭素 ≈0.04 %; 4 酸素と水; バリアー方法（塗料/油脂/プラスチック）および亜鉛メッキまたは犠牲的亜鉛; 5 酸化は電子の失われ、還元は電子の獲得である; 6 (C) アルミニウムは反応性系列で炭素より上にあるため、炭素はその酸化物を還元できない — 熔融アルミナの電気分解が必要である; 鉄は炭素より下にあるため、炭素は鉄を酸化物から置換する; 7 AgCl と PbCl₂; BaSO₄, CaSO₄ および PbSO₄; 8 CuO(s) + H₂SO₄(aq) → CuSO₄(aq) + H₂O(l); 9 ナトリウム黄色、カリウム薄紫色、銅青緑色; 10 希塩酸で酸性にし、塩化バリウム溶液を加える — BaSO₄ の白色沈殿は硫酸イオンを確認する。