　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０６．１２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　安房科学塾レポート　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０７年討論合宿レポート　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　林　正幸　「酸と塩基」をどう教えたいかはじめに　現役のとき「酸と塩基」の授業は、「酸化と還元」に比べて満足が行かなかった。面白い実験が無かったわけではない。それは私自身が、教えるべき内容を十分に納得していなかったのである。　今年の８月に講座プラン「酸と塩基」をつくろうと決心すると、それはこれまでの教材を徹底して見直すことから始まった。と同時にそれは、１２月に予定された先進科学塾１日コース（題名は「酸・塩基とは、そしてｐＨとは何か」になった）の内容を考えることでもあった。Ａ　講座プラン「酸と塩基」のあらまし　プランのテキストは私のホームページ　　　　http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/ の「私の教材と研究・主張など（０３．２～）」の中に掲載している。ここではそのあらましを紹介する。　１から４節までがアレニウスの定義による展開で、５，６節がブレンステッドの定義による展開である。　　　　１．酸とは、塩基とは　　　　　　　　［ａ］酸と酸性（アレニウスの定義）　　　　　　　　　　　　実験１　酸とは、塩基とは　　　　　　　　　　　　　　　　［ａ］ＢＴＢの変色　　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］マグネシウムと酸　　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］酸と塩基の反応　　　　　　　　　　　　演示実験１　酸味　　　　　　　　　　　　演示実験２　希硫酸と濃硫酸　　　　　　　　［ｂ］塩基と塩基性（アレニウスの定義）　　　　　　　　［ｃ］中和反応と塩(えん）　　　　２．酸性の強弱　　　　　　　　［ａ］酸の強弱　　　　　　　　　　　　演示実験３　電離度　　　　　　　　［ｂ］酸性の強弱　　　　　　　　［ｃ］水素イオン指数（ｐＨ）　　　　３．ｐＨと化学反応　　　　　　　　［ａ］身近なもののｐＨ　　　　　　　　　　　　演示実験４　身近なもののｐＨ　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 1 - 　　　　　　　　［ｂ］ｐＨと化学反応　　　　　　　　　　　　演示実験５　紫キャベツの色素とｐＨ　　　　　　　　　　　　実験２　ｐＨと化学反応　　　　　　　　　　　　　　　　［ａ］いろいろなｐＨの水溶液の調製　　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］過マンガン酸カリウムの場合　　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］酵素カタラーゼの場合　　　　　　　　［ｃ］中和の量的関係　　　　　　　　［ｄ］中和滴定（その１）　　　　　　　　　　　　実験３　中和滴定とｐＨ　　　　　　　　　　　　　　　　［ａ］滴定曲線　　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］食酢中の酢酸のモル濃度　　　　４．酸性酸化物と塩基性酸化物　　　　　　　　　　　　実験４　酸化物から酸と塩基をつくる　　　　　　　　　　　　　　　　［ａ］硫黄から硫酸をつくる　　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］割りばしから炭酸などをつくる　　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］チョークから水酸化カルシウムをつくる　　　　　　　　［ａ］硫黄から硫酸をつくる　　　　　　　　［ｂ］割りばしから炭酸などをつくる　　　　　　　　［ｃ］チョークから水酸化カルシウムをつくる　　　　　　　　［ｄ］酸性酸化物と塩基性酸化物　　　　　　　　［ｅ］酸性雨　　　　　　　　　　　　演示実験６　二酸化窒素から硝酸をつくる　　　　　　　　［ｆ］酸化物の反応（その２）　　　　５．水素イオンのやり取り　　　　　　　　　　　　実験５　水素イオンのやり取り　　　　　　　　　　　　　　　　［ａ］酢酸の生成　　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］アンモニアの発生（その１）　　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］アンモニアの発生（その２）　　　　　　　　　　　　　　　　［ｄ］硫化水素の発生　　　　　　　　［ａ］ブレンステッドの定義　　　　　　　　［ｂ］水素イオン得失表　　　　　　　　［ｃ］水素イオン得失表の活用　　　　６．塩の加水分解と緩衝溶液　　　　　　　　［ａ］塩の加水分解　　　　　　　　　　　　演示実験７　塩の加水分解　　　　　　　　［ｂ］中和滴定（その２）　　　　　　　　［ｃ］緩衝溶液　　　　　　　　　　　　演示実験８　緩衝溶液Ｂ　思いと狙いなど　なぜ酸と塩基を特別に取り上げるのか。酸は水素を含み、塩基は水酸基を含む。ナトリウム化合物、カルシウム化合物、塩化物、硫化物などとは、何が異なるのか。こんな素朴　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 2 - な疑問にすっきりとした納得を得たい。（ａ）酸とは、塩基とは　水素化合物のすべてが酸ではない。酢酸のように水素イオンにならない水素を含む化合物もある。またアンモニアのように水酸基を持たない塩基もある。まさにアレニウスの定義のとおりに、水に溶けて水素イオンや水酸化物イオンを生じてこそ、酸と塩基である。この水素イオンと水酸化物イオンは互いに相手を打ち消し合う。酸と塩基は相手を問わず中和反応する。　これを実感できるために、実験１（と演示実験１）が必要であることに気付いた。酸と呼ばれる物質群と塩基と呼ばれる物質群の共通の性質を確認する。そして水に滴下したＢＴＢの色が、塩酸を加え、水酸化ナトリウムを加え、硫酸を加え、水酸化カルシウムを加え、酢酸を加え、アンモニア水を加えると、黄色と青色の間を往復する。これは酸と塩基の学習の出発点である。（ｂ）酸・塩基の強弱　アレニウスの定義では電離度（あるいは電離定数）を使う。塩基は溶解度が係わる。溶解している部分はほぼ電離していても、溶解度が小さければ弱塩基であろう。通常は深入りしないで済ます。　ちなみに酸の強弱は、ブレンステッドの定義につなげるためにも、どの段階の電離に関してかを区別した。硫酸水素イオンはリン酸（の第１段階）と同程度の強さの酸であり、硫酸まるごとを単純に強酸とは言えない。　ブレンステッドの定義では、酸の強さは水素イオンを失う傾向が大きいか小さいか、逆反応で考えると（共役）塩基の強さは水素イオンを得る傾向が小さいか大きいか、という視点を中心にする。後で再度触れるが、こちらは明解である。（ｃ）水素イオン指数（ｐＨ）［１］酸性、塩基性の強弱は水素イオン指数で表される。　　　　ｐＨ＝－ｌｏｇ[Ｈ⁺ ] これは２つの伝えてたいことを背負っていると考える。ｐＨは表現のしやすさの問題に留まらない。それは水素イオンの化学ポテンシャル（１ｍｏｌ当たりの自由エネルギー）に結び付く。　熱力学をのぞいてみよう。ある物質の化学ポテンシャル μ は　　　　μ ＝ μ₀＋ＲＴｌｎ(ａ) ＝ μ'₀＋ＲＴｌｎ(ｃ) 　　　　　　μ₀ ， μ'₀ ：標準状態における化学ポテンシャル　　　　　　ａ：活量　　　　　　ｃ：モル濃度　化学ポテンシャルに物質量を掛ければその状態におけるある物質の自由エネルギーになる。そして生成物質群と反応物質群の自由エネルギーの差 ΔＦは、その化学反応がどれくらい起こりやすいか（平衡論的に）を示す。　　　　ΔＦ＝ ΔＦ₀ ＋ＲＴｌｎ(Ｋ) 　　　　　　ΔＦ₀ ：標準状態における自由エネルギーの変化　　　　　　Ｋ：平衡定数　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 3 - 　そして常用対数ｌｏｇと自然対数ｌｎは比例する。　　　　ｌｏｇ(ｘ) ＝ (１／２.３０３)ｌｎ(ｘ) つまり水素イオン濃度の対数は化学反応の起こりやすさに結び付いている。　熱力学は横に置くが、ｐＨを教えるならこのことを実感させたい。言い換えると「化学ではモル濃度が２倍、３倍となってもあまり影響がなく、１０倍、１００倍、つまり桁が変化するようになってやっと大きな影響があることも多い」。［２］もうひとつは、生化学反応はもちろんのこと、多くの化学反応はｐＨの影響を受ける。素朴には教科書などに「酸性の下で」とか、「中性ないし塩基性の下で」などという記述がある。これは酸と塩基が多くの化学反応に係わっていることを示している。つまり酸と塩基は特別に取り上げる意義がある。［３］こんなわけで、演示実験５と実験２を組み込んだ。実験２では、ｐＨが０，２，４，７，１０，１２，１４の溶液を準備する。そして過マンガン酸カリウムとチオ硫酸ナトリウムを加える実験は次のように変化に富む。　　ｐＨ０　ほぼ無色のＭｎ²⁺ になり、やがて別反応で硫黄が生成して白濁する　　ｐＨ２　ほぼ無色のＭｎ²⁺ になる　　ｐＨ４～１２　褐色のＭｎＯ₂ になり濁る　　ｐＨ１４　緑色のＭｎＯ₄^2- になる　また過酸化水素と大根おろし（カタラーゼ）を加える実験は、まずｐＨ１４では過酸化水素が分解し始めることが分かる。その上でカタラーゼがｐＨ４～１２において酵素活性を示すことが確認できる。　ちなみに酸性、塩基性の強弱は、アレニウスの定義の枠内のことである。（ｄ）中和滴定［１］化学量論もさることながら、中和点が指示薬によって検出できることも納得させたい。最近はｐＨメーターを使って滴定曲線を描く実験を耳にする。私は、ユニバーサル指示薬の変色を利用してそれを実現することにした。ｐＨは０.５刻みになるが、お金と時間が節約でき、目的には十分な結果が得られる。そして指示薬そのものを使うので、変色域の話も速い。　実験３では、０.１ｍｏｌ/Ｌの塩酸および酢酸を、ユニバーサル指示薬を加えて同濃度の水酸化ナトリウムで中和する。そして結果を踏まえて、食酢中の酢酸のモル濃度を中和滴定もする。　中和点付近のｐＨの変化が急激であることは、ｐＨの定義によっている。したがってこの実験はｐＨの理解を深めることにもなる。なお中和点が中性とは限らない理由は後で説明する。［２］ちなみに中和点は厳密に言うと、酸と塩基が完全に塩になるところではない。逆反応である塩の加水分解が起こるからである。中和点とは、酸と塩基の物質量が等しいところである（多価の酸や塩基では補足が必要）。塩の加水分解を取り上げるなら、化学量論との関係を補足すべきである。（ｅ）酸性酸化物と塩基性酸化物　これは、酸性雨を取り上げることを含めて、現役のときとほぼ同じ内容である。そしてここにも酸と塩基は特別に取り上げる意義がある。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 4 - 　なお酸性酸化物と塩基性酸化物はブレンステッドの定義では酸と塩基であるが、扱いにくいのでそのことは割愛する。（ｆ）ブレンステッドの定義［１］生徒の実態によっては、酸と塩基をアレニウスの定義に留めることもある。しかし飛躍を目指すなら、ブレンステッドの定義に踏み込みたい。これは酸と塩基の反応を「水素イオンのやり取り」と捉えることである。そしてこのことは、酸と塩基を特別に取り上げる大きな意義である。　私としては、講座プラン「電子やり取り反応の世界」の「電子得失表」（下の「参考」を参照）と同じように、これは「水素イオン得失表」をつくって展開すればよいことに気付いたとき、確信が湧いてきた。［２］　　　　　　　　　水素イオン得失表　　　　　酸　　　　　　　　　　（共役）塩基　　　　　　　　　ｐＫ　①　　ＨＣｌ　　　　　 ←→ Ｈ⁺ ＋Ｃｌ^-　　　　　　　　　－７.０　②　　Ｈ₂ＳＯ₄　　　　 ←→ Ｈ⁺ ＋ＨＳＯ₄^-　　　　　　　　－５.２　③　　Ｈ₃Ｏ⁺　　　　　 ←→ Ｈ⁺ ＋Ｈ₂Ｏ　　　　　　　　　－１.７　④　　ＨＮＯ₃　　　　　←→ Ｈ⁺ ＋ＮＯ₃^-　　　　　　　　　－１.４　⑤　　ＨＳＯ₄^-　　　　 ←→ Ｈ⁺ ＋ＳＯ₄^2-　　　　　　　　　１.９　⑥　　Ｈ₃ＰＯ₄　　　　 ←→ Ｈ⁺ ＋Ｈ₂ＰＯ₄^-　　　　　　　　２.２　⑦　　ＣＨ₃ＣＯＯＨ　　←→ Ｈ⁺ ＋ＣＨ₃ＣＯＯ^-　　　　　　　４.８　⑧　　Ｈ₂ＣＯ₃　　　　 ←→ Ｈ⁺ ＋ＨＣＯ₃^-　　　　　　　　　６.４　⑨　　Ｈ₂Ｓ　　　　　　←→ Ｈ⁺ ＋ＨＳ^-　　　　　　　　　　７.０　⑩　　Ｈ₂ＰＯ₄^-　　　　←→ Ｈ⁺ ＋ＨＰＯ₄^2-　　　　　　　　７.２　⑪　　ＮＨ₄⁺　　　　　 ←→ Ｈ⁺ ＋ＮＨ₃　　　　　　　　　　９.２　⑫　　ＨＣＯ₃^-　　　　 ←→ Ｈ⁺ ＋ＣＯ₃^2-　　　　　　　　１０.２　⑬　　ＨＰＯ₄^2-　　　　←→ Ｈ⁺ ＋ＰＯ₄^3-　　　　　　　　１２.４　⑭　　ＨＳ^-　　　　　　←→ Ｈ⁺ ＋Ｓ^2-　　　　　　　　　　１４.０　⑮　　Ｈ₂Ｏ　　　　　　←→ Ｈ⁺ ＋ＯＨ^-　　　　　　　　　１５.７　ｐＫ（ピーケー）は電離指数と呼ばれる。これは酸の強さを示し、小さいほど水素イオンを失う傾向が大きい（これ以上の説明はしない）。　この水素イオン得失表は、上から、右向きの変化が起こりやすいつまり左辺の酸の強い順に並んでいる。言い換えると、下から、左向きの変化が起こりやすいつまり右辺の塩基の強い順に並んでいる。　左辺の酸と右辺の塩基は、水素イオンやり取り反応をする。そして酸と塩基が右下がりに斜線で結ばれれば、その反応は起こりやすい。そして右上がりの斜線なら起こりにくい。その程度はｐＫの差で読み取ることができる。［３］電離指数を使って計算してみる。実験５から例を引こう。酢酸ナトリウムに希塩酸を加えると酢酸が生成する。　　　　ＣＨ₃ＣＯＯ^- ＋Ｈ₃Ｏ⁺ ―→ ＣＨ₃ＣＯＯＨ＋Ｈ₂Ｏ　　　（１）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 5 - 反応③と反応⑦を電離指数で表すと　　－ｌｏｇ{[Ｈ⁺ ][Ｈ₂Ｏ]／[Ｈ₃Ｏ⁺ ]} ＝－１.７　　－ｌｏｇ{[Ｈ⁺ ][ＣＨ₃ＣＯＯ^- ]／[ＣＨ₃ＣＯＯＨ]} ＝４.８上式から下式を辺々引き算すると　　－ｌｏｇ{[ＣＨ₃ＣＯＯＨ][Ｈ₂Ｏ]／[ＣＨ₃ＣＯＯ^- ][Ｈ₃Ｏ⁺ ]} ＝－６.５これは反応（１）のｐＫが－６.５であり、右向きに起こりやすいことを示す。これが右下がりの斜線（③の左辺と⑦の右辺）で結ばれる酸と塩基の反応が起こりやすく、その程度がｐＫの差で読み取れることの裏付けである。［４］逆の例も見ておこう。水の電離は起こりにくい。　　　　２Ｈ₂Ｏ ―→ Ｈ₃Ｏ⁺ ＋ＯＨ^-　　　（２）これは次のように水素イオンをやり取りする反応である。　　　　Ｈ₂Ｏ ―→ Ｈ⁺ ＋ＯＨ^- 　　　　Ｈ⁺ ＋Ｈ₂Ｏ ―→ Ｈ₃Ｏ⁺ 酸としてのＨ₂Ｏは⑯の左辺にあり、塩基としてのＨ₂Ｏは③の右辺にあり、右上がりの斜線で結ばれる。反応⑯と反応③を電離指数で表すと　　－ｌｏｇ{[Ｈ⁺ ][ＯＨ^- ]／[Ｈ₂Ｏ]} ＝１５.７　　－ｌｏｇ{[Ｈ⁺ ][Ｈ₂Ｏ]／[Ｈ₃Ｏ⁺ ]} ＝－１.７上式から下式を辺々引き算すると（今度はより下の式⑯から上の式③を引き算していることに注意しよう！）　　－ｌｏｇ{[Ｈ₃Ｏ⁺ ][ＯＨ^- ]／[Ｈ₂Ｏ]² } ＝１７.４反応（２）はｐＫが１７.４であり、右向きには起こりにくい。　ちなみに水のモル濃度を５５ｍｏｌ/Ｌとすると　　ｌｏｇ[Ｈ₂Ｏ] ＝１.７したがって　　ｌｏｇ[Ｈ₂Ｏ]² ＝２×ｌｏｇ[Ｈ₂Ｏ] ＝３.４だから　　－ｌｏｇ{[Ｈ₃Ｏ⁺ ][ＯＨ^- ]} ＝１４水のイオン積が得られる。［５］このようなｐＫの計算は横に置くが、水素イオン得失表の組み立てと活用は高校生に理解でき、かつ発展的であると考える。　付け加えると、電子得失表では右上がりの斜線になるならその反応は起こらないと単純化している。しかし水素イオン得失表では「起こりにくい」としている。それは水の電離や塩の加水分解などわずかに起こる反応にも目を向ける必要があるからであり、こちらの方がより正確な表現である。　それから、水分子や炭酸水素イオン、リン酸二水素イオンなどのように全く同じ物質が左辺にも右辺にもあり、得失表を見るのに注意が求められる。　このようなこともあり講座プランとしては、「酸と塩基」の方が後で学習する位置づけにしている。（ｇ）水素イオン得失表の組み立て［１］塩酸の電離　　　　ＨＣｌ＋Ｈ₂Ｏ ―→ Ｈ₃Ｏ⁺ ＋Ｃｌ^- 　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 6 - と中和反応　　　　Ｈ₃Ｏ⁺ ＋ＯＨ^- ―→ ２Ｈ₂Ｏを使ってブレンステッドの定義を導入すると共に、これらの反応が起こることから酸が水素イオンを失う傾向の大きさは　　　　ＨＣｌ　＞　Ｈ₃Ｏ⁺ 　　　　Ｈ₃Ｏ⁺　＞　Ｈ₂Ｏである。そして次の水素イオン得失表をつくり　　　　ＨＣｌ ―→ Ｈ⁺ ＋Ｃｌ－　　　　Ｈ₃Ｏ⁺ ―→ Ｈ⁺ ＋Ｈ₂Ｏ　　　　Ｈ₂Ｏ ―→ Ｈ⁺ ＋ＯＨ^- 右下がりの斜線の反応が起こることを示す。さらに水の電離を例をして、「起こりやすい」と改め、右上がりの斜線の反応は「起こりにくい」とまとめる。［２］さらに実験５の前半で、つまり上の反応（１）から　　　　Ｈ₃Ｏ⁺　＞　ＣＨ₃ＣＯＯＨまた塩化アンモニウムに水酸化カルシウムを加えるとアンモニアが発生する　　　　ＮＨ₄⁺ ＋ＯＨ^- ―→ ＮＨ₃ ＋Ｈ₂Ｏことから　　　　ＮＨ₄⁺　＞　Ｈ₂Ｏそしてアンモニアを濃塩酸に近づけると塩化アンモニウムが生成する　　　　ＨＣｌ＋ＮＨ₃ ―→ ＮＨ₄Ｃｌことから　　　　ＨＣｌ　＞　ＮＨ₄⁺ つまりイオン化傾向の実験から電子を失う傾向の大小を見い出すと同じように、水素イオンを失う傾向の大小つまり酸の強弱を実験から見い出し、全体の得失表につなげる。（ｈ）水素イオン得失表の応用［１］実験５の後半は、アンモニアが水に溶けて弱塩基性を示すのは　　　　ＮＨ₃ ＋Ｈ₂Ｏ ―→ ＮＨ₄⁺ ＋ＯＨ^- 　　　　Ｈ₂Ｏ（⑮の左辺）とＮＨ₃（⑪の右辺）は右上がりの斜線塩化アンモニウムに、リン酸ナトリウムを混ぜるとアンモニアが発生するのは　　　　ＮＨ₄⁺ ＋ＰＯ₄^3- ―→ ＮＨ₃ ＋ＨＰＯ₄^2- 　　　　ＮＨ₄⁺（⑪の左辺）とＰＯ₄^3-（⑬の右辺）は右下がりの斜線しかしリン酸二水素ナトリウムを混ぜても変化しないのは　　　　ＮＨ₄⁺（⑪の左辺）とＨ₂ＰＯ₄^-（⑥の右辺）は右上がりの斜線硫化ナトリウムに、リン酸を加えると硫化水素が発生するのは　　　　Ｓ^2- ＋Ｈ₃ＰＯ₄ ―→ ＨＳ^- ＋Ｈ₂ＰＯ₄^- 　　　　Ｈ₃ＰＯ₄（⑥の左辺）とＳ^2-（⑭の右辺）は右下がりの斜線　　　　ＨＳ^- ＋Ｈ₃ＰＯ₄ ―→ Ｈ₂Ｓ＋Ｈ₂ＰＯ₄^- 　　　　Ｈ₃ＰＯ₄（⑥の左辺）とＨＳ^-（⑨の右辺）は右下がりの斜線しかしリン酸水素二ナトリウムを加えても変化しないのは　　　　ＨＰＯ₄^2-（⑬の左辺）とＨＳ^-（⑨の右辺）と右上がりの斜線であるためと説明できる。このように水素イオン得失表は明解かつ強力である。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 7 - 　なおアレニウスの定義の下で弱酸の塩と強酸の反応や、弱塩基の塩と強塩基の反応を扱うが、ブレンステッドの定義の下で水素イオン得失表を使った方が、もっと広い範囲の反応を統一的に扱うことができる。［２］塩の加水分解は、右上がりの斜線の反応になる。しかしその説明には２つの注意が必要である。炭酸水素ナトリウムはすこし次のように反応する。　　　　Ｈ₂Ｏ＋ＨＣＯ₃^- ―→ ＯＨ^- ＋Ｈ₂ＣＯ₃ それなら次の反応は起きないのか。　　　　ＨＣＯ₃^- ＋Ｈ₂Ｏ ―→ ＣＯ₃^2- ＋Ｈ₃Ｏ⁺ これはｐＫの差を比べて始めて説明ができることである。前者が９.３で後者が１１.９であり、前者が全体を支配する。　もうひとつは、塩化ナトリウム水溶液が中性である理由である。次の反応は起きないのか（Ｎａ＋の反応の方は省略）。　　　　Ｈ₂Ｏ＋Ｃｌ^- ―→ ＯＨ^- ＋ＨＣｌところで水溶液である以上、すこし次の反応も起こる。　　　　２Ｈ₂Ｏ ―→ Ｈ₃Ｏ⁺ ＋ＯＨ^- 前者が２２.７で後者が１７.４である。後者が全体を支配して中性と言える。　つまり塩の加水分解は、ブレンステッドの定義に踏み込まないとまともな説明はできないわけである。［３］塩酸のような強酸を水に溶かして扱うと、オキソニウムイオンを生成する。　　　　ＨＣｌ＋Ｈ₂Ｏ ―→ Ｈ₃Ｏ⁺ ＋Ｃｌ^- つまり酸の強さのランクがオキソニウムイオンまで下がる。また水酸化ナトリウムのような強塩基を水に溶かして扱うと、電離して水酸化物イオンを生成する。　　　　ＮａＯＨ ―→ Ｎａ⁺ ＋ＯＨ^- これは塩基の強さのランクが水酸化物イオンまで下がることを意味する。これらは溶媒である水の「水平化効果」と呼ばれる。　これはアレニウスの定義の強酸と強塩基をブレンステッドの定義に関連づけると同時に、緩衝作用にも関係する。緩衝溶液は酢酸と酢酸ナトリウムのように、弱酸とその共役塩基で構成される。これに強酸を加えると、それによるオキソニウムイオンが酢酸に変化する。　　　　ＣＨ₃ＣＯＯ^- ＋Ｈ₃Ｏ⁺ ―→ ＣＨ３ＣＯＯＨ＋Ｈ₂Ｏつまり酸の強さのランクが弱酸である酢酸まで下がる。これに強塩基を加えると、それによる水酸化物イオンは酢酸イオンに変化する。　　　　ＣＨ₃ＣＯＯＨ＋ＯＨ^- ―→ ＣＨ₃ＣＯＯ^- ＋Ｈ₂Ｏつまり塩基の強さのランクが弱塩基である酢酸イオンまで下がる。これは水平化効果の極限である。［参考］　　　　　　　　　　　　　　電子得失表　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　酸化還元電位　①　Ｎａ　　　　　 ←→ Ｎａ⁺　　　　　＋ｅ^-　　　　　　２.７１４［Ｖ］　②　Ａｌ　　　　　 ←→ Ａｌ³⁺　　　　＋３ｅ^-　　　　　１.６６２　③　２ＯＨ^- ＋Ｈ₂ ←→ ２Ｈ₂Ｏ　　　　＋２ｅ^-　　　　　０.８２８　④　Ｚｎ　　　　　 ←→ Ｚｎ²⁺　　　　＋２ｅ^-　　　　　０.７６３　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 8 - 　⑤　Ｓ^2-　　　　　 ←→ Ｓ　　　　　　＋２ｅ^-　　　　　０.４４７　⑥　Ｆｅ　　　　　 ←→ Ｆｅ²⁺　　　　＋２ｅ^-　　　　　０.４４０　⑦　Ｎｉ　　　　　 ←→ Ｎｉ²⁺　　　　＋２ｅ^-　　　　　０.２５０　⑧　Ｐｂ　　　　　 ←→ Ｐｂ²⁺　　　　＋２ｅ^-　　　　　０.１２６　⑨　Ｈ₂　　　　　　←→ ２Ｈ⁺　　　　　＋２ｅ^-　　　　　０.０００　⑩　Ｃｕ　　　　　 ←→ Ｃｕ²⁺　　　　＋２ｅ^-　　　　－０.３３７　⑪　４ＯＨ^-　　　　←→ ２Ｈ₂Ｏ＋Ｏ₂ ＋４ｅ^-　　　　－０.４０１　⑫　２Ｉ^-　　　　　←→ Ｉ₂　　　　　　＋２ｅ^-　　　　－０.５３６　⑬　Ｆｅ²⁺　　　　 ←→ Ｆｅ³⁺　　　　＋ｅ^-　　　　　－０.７７１　⑭　Ａｇ　　　　　 ←→ Ａｇ⁺　　　　　＋ｅ^-　　　　　－０.７９９　⑮　２Ｂｒ^-　　　　←→ Ｂｒ₂　　　　　＋２ｅ^-　　　　－１.０８７　⑯　２Ｈ₂Ｏ　　　　←→ ４Ｈ⁺ ＋Ｏ₂　＋４ｅ^-　　　　－１.２２９　⑰　２Ｃｌ^-　　　　←→ Ｃｌ₂　　　　　＋２ｅ^-　　　　－１.３６０　この電子得失表は、上から、右向きの変化が起こりやすいつまり還元剤（金属や陰イオンなど）が電子を失う傾向が大きい順に並んでいる。言い換えると、下から、左向きの変化が起こりやすいつまり右辺の酸化剤（非金属や陽イオンなど）が電子を得る傾向が大きい順に並んでいる。　左辺の還元剤と右辺の酸化剤は電子やり取り反応をする。そして還元剤と酸化剤が右下がりに斜線で結ばれれば、その反応は起こる。そして右上がりの斜線なら起こらない。そして反応が起こりやすい程度は、酸化還元電位の差で読み取ることができる。Ｃ　先進科学塾での実践（ａ）テキスト　１日コースという時間の制約から、講座プランの始めの主に３つの節を整理して構成した。内容はアレニウスの定義の枠内に限定した。１日コースのテキストは同じように（Ａ）のホームページに掲載しているが、あらましは次のようである。　　　　１．酸とは、塩基とは　　　　　　　　［ａ］酸と酸性　　　　　　　　　　　　実験１　酸とは、塩基とは　　　　　　　　　　　　　　　　［ａ］ＢＴＢの変色　　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］マグネシウムと酸　　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］酸と塩基の反応　　　　　　　　　　　　演示実験１　酸味　　　　　　　　［ｂ］塩基と塩基性　　　　　　　　［ｃ］中和反応と塩（えん）　　　　２．酸性の強弱　　　　　　　　［ａ］酸の強弱　　　　　　　　　　　　演示実験３　電離度　　　　　　　　［ｂ］酸性の強弱　　　　　　　　［ｃ］水素イオン指数（ｐＨ）　　　　３．ｐＨと化学反応　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 9 - 　　　　　　　　［ｂ］ｐＨと化学反応　　　　　　　　　　　　演示実験５　紫キャベツの色素とｐＨ　　　　　　　　　　　　実験２　ｐＨと化学反応　　　　　　　　　　　　　　　　［ａ］いろいろなｐＨの水溶液の調製　　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］過マンガン酸カリウムの場合　　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］酵素カタラーゼの場合　　　　　　　　［ｄ］中和滴定（その１）　　　　　　　　　　　　実験３　中和滴定とｐＨ　　　　　　　　　　　　　　　　［ａ］滴定曲線　　　　４．酸性雨と血液　　　　　　　　［ａ］酸性雨　　　　　　　　［ｂ］血液の緩衝作用　演示実験２，４と、実験３の［ｂ］は省略した。１節では反応式などを簡単にし、２節ではモル濃度の説明を加えた。３節の［ａ］と［ｃ］は省略した。４節は予備知識が要らないように書き直した。（ｂ）展　開［１］参加者は１４名、スタッフは私を含めて５名であった。　午前は１０：００からスタートし、実験２の［ａ］までで予定を１５分オーバーして１２：４５、午後は１６：２０にまとめができて、順調に進行した。［２］実験１では、硫酸を加えたときのＢＴＢの変色が赤みがかることに注目した参加者がいた。そこで濃硫酸にＢＴＢを加えてみると赤紫色になる。あとで昼休みに試した人がいて、濃塩酸でも赤紫色になる。そう言えばエタノールに溶かしたＢＴＢの色（指示薬の色）は赤橙色である。なお後日に参加したある先生から「ｐＨが０より小さい領域では赤みを帯び、強塩基性では青紫色になる」というメールを頂いた。　また演示実験２では、強酸と弱酸の違いや、水素イオンの導電率の高さに関心が向き、昼休みには、午後の準備をする私を尻目に、そして準備しておいた試薬が不足するまで、楽しげに実験して納得ができたようで、これはスタッフが複数居る強みである。　こんなトピックスも生みながら、酸・塩基とは何かに係わる実験１と演示実験１は、単純ながらやはりやる価値があると確認できた。　ｐＨとは何かに係わる演示実験３と実験２，３も、所期の目標が受け止められた。実験３のビュレットの使用は、あまり心配の要らない状態であった。　酸性雨と血液の話を加えたことも、学ぶ意義と結びついて有効にはたらいた。［３］私自身は風邪で声が出にくいという悪条件であったが、「やる気があるとはかくも違うものだ」と改めて感慨を覚えた。科学館の山田さんも「皆さんが何の戸惑いもなく実験に入っていくのを見て驚きました」と挨拶した。疲れ果てたが、私は大きな満足を得て科学館を出た。（ｃ）参加者のアンケート＜レポートづくりの参考にさせてもらいますので、協力してください。「良かったこと」「分かりにくかったこと」「思ったこと」「希望すること」など自由に書いてください。＞　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 10 - というアンケートの内容である。 ①水素イオンのモル濃度に電導度が依存していることはわかったのですが、それならなぜ水酸化ナトリウム水溶液で電気を通すことができたのかが、今いちよくわかりませんでした。Ｈ２Ｏ中のＨが電離した（水酸化ナトリウムによって促進される？）ため電球テスターが明るくなったのだろうか。そこら辺をもう少し説明していただけたらと思いました。　今回も楽しませていただき、ありがとうございました。生活の中で「これはそういうもの」と理由も考えずに受け入れてしまっていることがたくさんありますが、先進科学塾ではなぜその現象がおこるのか等々今まで気付かなかったことに目を開かせてくれる内容が必ず盛り込まれていて大変興味をひかれます。　またｐＨについて、ｐＨ７が中性というぐらいの知識しかなかったのですが、基礎からわかりやすく教えてくださり、化学への理解が深まっただけでなく、初めてｐＨにふれた気がしました。ありがとうございました。 ②酸がＨイオン、塩基がＯＨイオンであることも知らなかったので、とても勉強になりました。きれいな色になる反応がとてもよかったです。 ③溶液の希釈のやり方に感動しました。あ～、そういうやり方があるんだなっと。　中和滴定の実験、１滴で色が変化するのはおどろきました。　過酸化水素水が手についてしまいましたが・・・良い経験になりました。ありがとうございました。 ④実験１［ａ］：酸溶液ならすべて同じ色になるという思いを、硫酸が見事に裏切ってくれて、新しい発見が議論にもなり、とてもいい経験でした。分子間脱水で二量体になって、水で希釈すると加水分解するのでしょうか。演示１：生徒にやらせるには少し不安ですが、ごく薄い酸でもあれだけの酸味があるとは驚きでした。演示２：「超」発展学習になりましたが、強酸・強塩基を１００倍希釈すると、弱酸と同程度になるという所まで見れて良かったです。実験２：ｐＨの、２倍４倍ではなく、対数をとる説明としてとてもいい実験だと分かりました。　血液の緩衝作用は知っていても、過呼吸という生理現象との関係にまでいくことは、とてもいい知識になりました。本当にありがとうございました。 ⑤酸性雨と血液の話をもっとたくさんしてほしかった。 ⑥ｐＨの変化を実験するだけでなく、定義まで説明していただけたのが、とてもよかったです。今後の希望：指示薬による終点の違い、温度による変化、緩衝作用　等もやってみたいです。 ⑦ｍｏｌ濃度の説明の時、定義式（モル数／溶媒(水)１Ｌ＝ｍｏｌ/Ｌ）を提示した方が、多少、理解が深められたのでは？と思いました。　紫キャベツの変色を実際に行ったのは初めてだったので、良い経験になりました。Ｑ　なぜ大学ではピペットを口で吸うのは禁止と教えられるのに、いまだに高校教育の場では口で吸っているのでしょうか。　今後、有機系の実験を開講して欲しいです。（特に、変色が美しいような実験を・・・。） ⑧「良かったこと」実験１でやった内容は、とても単純なことなのだと思うのですが、わ　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 11 - かりやすく、楽しめました。職場が小学校なので、理科室のポスターにはってあるＢＴＢの色の変化を、実際に子どもたちに見せてあげたいな、と思いました。塩酸、硫酸、酢酸の味見も、初めてでとても驚きました。少しくらいなら、なめても大丈夫なのですね。「分かりにくかったこと」ｍｏｌの話が出てきたときは、やはり少し理解が難しくなってしまった部分がありました。しかし実験の内容については、知識がない私にもよく分かりました。「思ったこと」こんな楽しい理科の授業は受けたことがなく、今日１日、とても充実した日になりました。ありがとうございました。 ⑨実験を通して学ぶという授業の形態が良かった。また私達の疑問に思ったことを先生が丁寧に説明して下さったり、予定外であると思うが、実験をして疑問に思ったことを解決していくという姿勢がみられて、先生や周りの人ともうまくコミュニケーションがとれた。そして科学について、もう少し勉強してみたいと思った。　実験だけでなくなぜその結果が起こったのかを、配布されたプリントだけでなく先生が説明して下さったので、実験に対する理解が一層深まった。　実験３の実験をする前に、実験の手順について、もう少し説明していただけると良かった。 ⑩過呼吸にｐＨが関係していることを初めて知りました。化学が身近なことと関係していることをもっとたくさん勉強したい（しなければならない）と思いました。　紫キャベツの色素もとてもきれいでしたが、ユニバーサル指示薬がとても美しい色で、その色が一滴で劇的に変化するのは面白いと思いました。　水の中をイオンが移動する速度の話から、水の中でイオンがどう動いているかがイメージできました。とても充実した一日を過ごせました。ありがとうございました。 ⑪中和滴定の実験は、ハラハラしながら、飯田先生とも一緒にやれてとても楽しかった。　また手引き書の方に、実験のどこに注目したら良いかという着眼ポイントを示していただけたら良かったと思います。 ⑫酸・塩基とは、そしてｐＨとは何か。これらのことについては分からないことが、実験に参加してから多くなりました。　人間の体とｐＨの関係、雨水に含まれる酸とそれを防止する技術などに関心を持ちました。おわりに　振り返ると、今年は３つの講座プランを完成させることができた。退職して３年９ヶ月で合計７つになった。これからは年２つのペースを守りたい。　また名古屋市科学館の先進科学塾（ＡＳＷ）が、講座プランの部分的であれ、実践の場になっていることに感謝する。そして願わくば科学が好きな高校生よ、私たちの企画に集まれ。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 12 - 林正幸と主万子の始めのホームページ（to our initial Home Page）にもどる。

「酸と塩基」をどう教えたいか

はじめに

Ａ 講座プラン「酸と塩基」のあらまし

Ｂ 思いと狙いなど

Ｃ 先進科学塾での実践

おわりに

　「酸と塩基」をどう教えたいか

Ａ　講座プラン「酸と塩基」のあらまし

Ｂ　思いと狙いなど

Ｃ　先進科学塾での実践