８．酸と塩基

キーワード高校、化学、教材、自主編成、教科書、（高校化学、化学教材）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０２．３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　林　正幸　　８．酸と塩基授業計画時間　　　　　　項　目　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　備　考　１　　１．酸と塩基　　　　　［ａ］酸とは何か　　　　　　亜鉛と硫酸の反応　２　　　　　　　　　　　　　［ｂ］塩基とは何か　　　　２．酸の強弱と酸性の強さ　［ａ］酸・塩基の強弱　　塩酸と酢酸の電導性　３　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］酸性・塩基性の強さ　　　　３．水素イオン指数　　［ａ］水のイオン積　　　　　　　　　　　　　　　［ｂ］酸性・塩基性の意味　４　　　　　　　　　　　　　［ｃ］水素イオン指数　　　　紫キャベツの変色　５　　実験１　酸化物から酸と塩基をつくる　６　　４．酸性酸化物と塩基性酸化物　　　　　　　　　　　　　　　［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　７　　　　　　　　　　　　　［ｅ］酸性雨　　　　５．中和反応　　　　　［ａ］中和反応　８　　　　　　　　　　　　　［ｂ］注意したいこと　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］食酢の中和滴定　　　　デモ実験　９　　　　　　　　　　　　　［ｄ］中和滴定の関係式　　　　　　　　　　　　　　　［ｅ］酸化物と酸・塩基の反応１０　　実験２　塩から酸と塩基をつくる１１　　６．塩の反応　　　　　［ａ］気体の酸と塩基をつくる１２　　　　　　　　　　　　　［ｂ］弱酸と弱塩基をつくる　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 1 - 　　　　　　　　　　　　　　　［ｃ］塩の反応１３　　宿題（演習）　生徒の混乱を避けるため、酸と塩基はアレニウスの定義に限定した。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 2 - 授業計画へ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ１．酸と塩基［ａ］酸とは何か［１］現代では１０００万種を越える多種多様な物質が発見されたり、合成されたりしている。その中には（共通の）性質を持つ似た物質のグループがいくつも存在する。似た物質のグループはまとめて学習することができる。　そんなグループの中で、２つのグループが互いに相手を（打ち消し合う）関係にある場合がある。打ち消し合うグループについては、２つのグループの関係もまとめて学習することができるわけである。　このようなグループの代表に、酸と塩基、酸化剤と還元剤がある。前者についてはこの章で、後者については次章で学習する。［２］酸と呼ばれるグループは、その水溶液が・なめると（酸味）がある・指示薬ＢＴＢを（黄色）にする（リトマス紙を赤色にする）・亜鉛などの（金属）と反応して（水素）を発生するという共通の性質がある。もちろん・（塩基）と反応してその性質を打ち消すのも共通である。これらの性質は（酸性）と呼ばれる。［３］酸が共通の性質を持つ理由は　　「（酸）は水に溶けると水素イオンＨ⁺ が生じる」ためである。したがって酸性は（水素イオン）が持つ性質と言うことができる。　たとえば塩酸（塩化水素）は水に溶けると次のように電離して水素イオンが生じる。　　（　ＨＣｌ－→ Ｈ⁺ ＋Ｃｌ^-　）　　　　　　　　　　　　塩化物イオン　６章で触れたように、酸は（分子性）物質でありながら水に溶けると陽イオンと陰イオンに（電離）する。実はこれは塩酸が次のように水と反応しているためである。　　　　ＨＣｌ＋Ｈ₂Ｏ－→ Ｈ₃Ｏ⁺ ＋Ｃｌ^- Ｈ₃Ｏ⁺ はオキソニウムイオンと言うが、これを簡単のためにＨ⁺ で表している。だから酸が酸性を示すためには（水）が欠かせないことが多い。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 3 - 参考：正確には塩化水素（気体）が水に溶けたものを塩酸と呼ぶ。問１　「亜鉛と硫酸の反応」実験をイラストで描け。　　　　問２　次の酸が水に溶けて電離する反応式を書け。　　硫酸　　　Ｈ₂ＳＯ₄ －→ ２Ｈ⁺ ＋ＳＯ₄ ^2- 　　　　　　　　　　　　　　　　　　硫酸イオン　　硝酸　　　ＨＮＯ₃ －→ Ｈ⁺ ＋ＮＯ₃ ^- 　　　　　　　　　　　　　　　　硝酸イオン　　酢酸　　　ＣＨ₃ＣＯＯＨ－→ ＣＨ₃ＣＯＯ^- ＋Ｈ⁺ 　　　　　　　　　　　　　　　　　酢酸イオン　　リン酸　　Ｈ₃ＰＯ₄ －→ ３Ｈ⁺ ＋ＰＯ₄ ^3- 　　　　　　　　　　　　　　　　　　リン酸イオン［４］酢酸の化学式は示性式と呼ばれるもので１３章で学習する。ここではこの一例のみが登場するので、とりあえず記憶しよう。また（酢酸）分子には全部で４つの水素原子が含まれるが、水に溶けて水素イオンになるのは１つだけである。つまり分子中のすべての水素が電離するわけではない。　なお（イオン式）が書けるように、原子価やイオンの価数に注意を払おう。［５］１分子の酸からいくつの水素イオンが生じるかによって、塩酸、硝酸、酢酸は（１価）の酸であり、硫酸は（２価）の酸であり、リン酸は（３価）の酸であると言う。　塩基についても同様の用語を使う。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 4 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ［ｂ］塩基とは何か［１］塩基と呼ばれるグループは、その水溶液が・なめるとある種の（苦味）がある。・指示薬ＢＴＢを（青色）にする（リトマス紙を青色にする）・塩素のような非金属と反応するという共通の性質がある。もちろん・酸と反応してその性質を打ち消すのも共通である。これらの性質は（塩基性）と呼ばれる。［２］塩基が共通の性質を持つ理由は　　「（塩基）は水に溶けると水酸化物イオンＯＨ^-　が生じる」ためである。したがって塩基性は（水酸化物イオン）が持つ性質と言うことができる。　たとえば水酸化ナトリウムは水に溶けると次のように電離して水酸化物イオンが生じる。　　（　ＮａＯＨ－→ Ｎａ⁺ ＋ＯＨ^-　）　　　　　　　　ナトリウムイオン塩基の多くは（イオン性）物質であり、これが電離することは６章で学習した。　（アンモニア）は分子性物質の塩基であるが、次のように水と反応して水酸化物イオンが生じる。　　（　ＮＨ₃ ＋Ｈ₂Ｏ－→ ＮＨ₄ ⁺ ＋ＯＨ^-　）　　　　　　　　　　　アンモニウムイオン当面はこのような例はアンモニア以外は登場しないので覚えてしまおう。問３　次の塩基が水に溶けて電離する反応式を書け。　　水酸化カリウム　　　ＫＯＨ－→ Ｋ⁺ ＋ＯＨ^- 　　　　　　　　　　　　　　　　カリウムイオン　　水酸化カルシウム　　Ｃａ（ＯＨ）₂ －→ Ｃａ²⁺ ＋２ＯＨ^- 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　カルシウムイオン　　水酸化銅　　　　　　Ｃｕ（ＯＨ）₂ －→ Ｃｕ²⁺ ＋２ＯＨ^- 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　銅イオン　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 5 - 授業計画へ２．酸の強弱と酸性の強さ［ａ］酸・塩基の強弱問１　「塩酸と酢酸の電導性」実験をイラストで描け。　　　　［１］モル濃度が同じ０.５ｍｏｌ／ｌでも、塩酸は電球テスターが明るくつくが、（酢酸）水溶液では（ぼんやり）つくだけである。これは水に溶けている酸の分子のうちで、電離している度合（電離度）が異なるためである。塩酸は１００％電離している（電離度が１と表す）のに対して、酢酸は１％（電離度が０.０１と表す）程度しか電離していない。　電離度がほぼ１の酸は（強酸）と呼ばれ、これに対して電離度が０.０１程度以下の酸は（弱酸）と呼ばれる。参考：上の強酸、弱酸の定義は初歩的なものである。電離度は酸のモル濃度によって変化　　　する。よりくわしくは１７章で学習する。問２　１節で出てきた酸を強酸と弱酸に分けておこう。　　　　ＨＣｌ、Ｈ₂ＳＯ₄ 、ＨＮＯ₃ 、Ｈ₃ＰＯ₄　＞ＣＨ₃ＣＯＯＨ　　　　　塩酸　　硫酸　　　硝酸　　　リン酸　　　　　酢酸　　　　　　　　　　　　　　　　　４節からの追加　　、Ｈ₂ＳＯ₃ 、Ｈ₂ＣＯ₃ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　亜硫酸　　炭酸　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 6 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ［２］塩基の強弱は複雑なので、酸の場合と似た考え方をするとして、結論だけを確認しておきたい。問３　１節で出てきた塩基を強塩基と弱塩基に分けておこう。　　　　ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）₂　＞　ＮＨ₃ 、Ｃｕ（ＯＨ）₂ 　　水酸化ナトリウム　　水酸化カルシウム　　アンモニア　水酸化銅　　　　　　　　水酸化カリウム［ｂ］酸性・塩基性の強さ［例題］０.００１ｍｏｌ/ｌ硫酸の水素イオンのモル濃度はおよそいくらか。　　　　この水溶液１［ｌ］を考えると　　　　　　Ｈ₂ＳＯ₄ は（０.００１）ｍｏｌ溶けている。　　　　硫酸は（２）価であり、そして（強）酸であるので　　　　　　水素イオンＨ⁺ は（０.００２）ｍｏｌ溶けている。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　答　０.００２ｍｏｌ/ｌ　酸に価数があり、また酸に強弱があるため、水溶液の酸性の強さは、溶けている酸のモル濃度ではなく、（水素イオン）のモル濃度で表すことが合理的である。　水溶液の塩基性の強さは水酸化物イオンのモル濃度で表す。参考：塩基性をアルカリ性と言うことがある。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 7 - 授業計画へ３．水素イオン指数［ａ］水のイオン積　１７章で学習する化学平衡の理論から、純水を含め比較的うすい水溶液では、水素イオンのモル濃度と水酸化物イオンのモル濃度の積は一定になることが導かれる。具体的には　　　　１×１０^-14［ｍｏｌ²/ｌ²］（温度によって変化する）であり、この数値は（水のイオン積）と呼ばれる。関係式にすると　　（　［Ｈ⁺］［ＯＨ^-］＝１０^-14　）となる。ここで［　］は（モル濃度）を意味し、［Ｈ⁺］は水素イオンのモル濃度を表している。［ｂ］酸性・塩基性の意味［１］これまで酸性は水溶液中の水素イオンに依っており、塩基性は水溶液中の水酸化物イオンに依っていると説明してきた。したがって中性の水溶液、あるいは純水中には水素イオンも水酸化物イオンも存在しないと考えられる。これは（おおむね）正しい。［２］しかし厳密には、水分子は極めてわずかだが次のように電離している。　　（　Ｈ₂Ｏ－→ Ｈ⁺ ＋ＯＨ^-　）つまり水素イオンと水酸化物イオンは、（中性）の水溶液にも存在している。そのモル濃度は　　　　［Ｈ⁺］＝［ＯＨ^-］と水のイオン積から　　　　［Ｈ⁺］² ＝１０^-14 　　（　［Ｈ⁺］＝１０^-7［ｍｏｌ/ｌ］＝［ＯＨ^-］　）と求められる。　　　　１０^-7 ＝１／１０⁷ ＝１／１０００００００であるから、確かにわずかなことである。［３］さて酸性という性質は中性の水溶液に酸を溶かして生じるので、酸性とは　　（　［Ｈ⁺］＞１０^-7［ｍｏｌ/ｌ］　）である。　もちろん余程うすくないかぎり、水素イオンのモル濃度は加えた酸によって決まり、水が電離して生じる水素イオンは無視できる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 8 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ［４］同様にして塩基性とは　　　　［ＯＨ^-］＞１０^-7［ｍｏｌ/ｌ］である。そして水のイオン積から　　（　［Ｈ⁺］＜１０^-7［ｍｏｌ/ｌ］　）であるとも言える。　これから導かれる結論は、酸性、中性、（塩基性）のすべてが水素イオンのモル濃度で表示できるということである。問１　０.０１ｍｏｌ/ｌ水酸化ナトリウム水溶液の水素イオンのモル濃度はいくらか。　（１）この水溶液１［ｌ］を考えると　　　　　　ＮａＯＨは０.０１ｍｏｌ溶けている。　　　　水酸化ナトリウムは１価で強塩基だから　　　　　　水酸化物イオンＯＨ^- は０.０１ｍｏｌ溶けている。　　　　つまり　［ＯＨ^-］＝０.０１＝１０^-2［ｍｏｌ/ｌ］　（２）水のイオン積から　　　　［Ｈ⁺］×１０^-2 ＝１０^-14 　　　　　　［Ｈ⁺］＝１０^-12 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　答　１０^-12ｍｏｌ/ｌ　参考：１０^a×１０^b ＝１０^a+b 　　　１０^-c ＝１／１０^c　　　　（ａ、ｂ、ｃは負でも成り立つ）［ｃ］水素イオン指数［１］ところで、酸性、中性、塩基性を表示するのに、水素イオンのモル濃度の（指数）部分の符号を変えた数値を使うことができる。たとえば　　　　　　　［Ｈ⁺］＝１０^-5［ｍｏｌ/ｌ］　では　　　５　　　　中性　［Ｈ⁺］＝１０^-7［ｍｏｌ/ｌ］　では　　　７　　　　問１　［Ｈ⁺］＝１０^-12［ｍｏｌ/ｌ］　では　　１２　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 9 - というようである。この数値は（水素イオン指数）ないしｐＨ（ピーエイチ）と呼ばれる。問２　酸性、中性、塩基性と、水素イオン濃度、ｐＨの関係をまとめてみよう。　　　　［２］水溶液の液性はたいてい（ｐＨ）で表示される。それなら水素イオンのモル濃度ではなく、その指数部分を使う意味は何だろうか。　すこし難しくなるが、６章で物質が変化する「勢い」はモル濃度に比例することを学んだ。しかしより正確にはモル濃度の指数部分に比例しているのである。こんなわけで溶液を２倍、３倍と希釈しても顕著な違いが現れないことが多い。その場合は溶液を（１０）倍、（１００）倍と希釈するとよい。問３　「紫キャベツの変色」実験をイラストで描け。　　　　［３］また上の実験は、水溶液のｐＨが物質に大きな影響を与えることを示している。生物体内の各種の（酵素）は一種の触媒であるが、それぞれには（最適ｐＨ）がある。たとえば胃でタンパク質を消化するペプシンは、胃酸（塩酸）によってｐＨが２になるときにもっともよくはたらく。私たちの血液はｐＨが７.５に調節されており、たとえば過呼吸によってｐＨが大きくなると意識を失うなどの障害を引き起こす。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 10 - 授業計画へ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ４．酸性酸化物と塩基性酸化物注意：この節からは反応式がどんどん出てくる。３章４節を復習し、それを踏まえて記憶　　　していこう。［ａ］硫黄から硫酸をつくる（実験のまとめ）［１］（硫黄）に点火して（集気びん）の中で燃焼させて（二酸化硫黄）を発生させる。このとき次の反応が起きる。　　　　Ｓ＋Ｏ₂ －→ ＳＯ₂ 　　　　　　　　　　二酸化硫黄二酸化硫黄は（無色）で刺激臭のある（気体）である。　二酸化硫黄を（水）と振り混ぜると、（ＢＴＢ）が黄色になり水溶液が（酸性）になることを示す。このとき次の反応が起きる。　　　　（　ＳＯ₂ ＋Ｈ₂Ｏ－→ Ｈ₂ＳＯ₃　）　　　　　　　　（タイプ１）　　　　　　　　　　　　　　　　亜硫酸生成する（亜硫酸）は弱酸である。また塩化バリウムとは反応しない。［２］亜硫酸水溶液に（過酸化水素水）を加えると次の反応が起きて（硫酸）が生成する。　　　　　　Ｈ₂ＳＯ₃＋Ｈ₂Ｏ₂ －→ Ｈ₂ＳＯ₄ ＋Ｈ₂Ｏ　　　　　　　　　　　過酸化水素　　硫酸硫酸水溶液に（塩化バリウム）水溶液を加えると、次の反応が起きて（白色）沈でんが生じる。　　　　Ｈ₂ＳＯ₄ ＋ＢａＣｌ₂ －→ ２ＨＣｌ＋ＢａＳＯ₄ 　　　　　　　　　塩化バリウム　　　　　　　　硫酸バリウム白色沈でんは硫酸バリウムで、これは硫酸を検出する反応である。［ｂ］割りばしから炭酸などをつくる（実験のまとめ）［１］（割りばし）に点火して集気びんの中で燃焼させると、はしの成分元素の炭素が（二酸化炭素）になる。　二酸化炭素を水と振り混ぜると、ＢＴＢが（黄色）になり水溶液が酸性になることを示　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 11 - す。このとき次の反応が起きる。　　　　（　ＣＯ₂ ＋Ｈ₂Ｏ－→ Ｈ₂ＣＯ₃　）　　　　　　　　（タイプ１）　　　　　　　　　　　　　　　　　炭酸生成する（炭酸）は弱酸である。［２］割りばしをよく燃焼させ、できた（灰）を水に落としてかき混ぜると、ＢＴＢが（青色）になり水溶液が（塩基性）になることを示す。　灰の中にははしの成分元素のカリウムが（炭酸カリウムＫ₂ＣＯ₃ ）となって含まれるためである。炭酸カリウムがすこし塩基性であることは次節で学習する［ｃ］炭酸カルシウムから水酸化カルシウムをつくる（実験まとめ）「１］（炭酸カルシウム）製のチョークをそのまま水に浸けておくと、ユニバーサル指示薬が（深緑色）になり、（すこし）塩基性であることを示す（このことも次節で学習する）。［２］同じチョークをバーナーで強熱すると（酸化カルシウム）が生成する。このとき次の反応が起きる。　　　　ＣａＣＯ₃ －→ ＣａＯ＋ＣＯ₂ 　　炭酸カルシウム　　酸化カルシウム酸化カルシウムも白色固体で、見た目の変化はあまりない。もちろん二酸化炭素は失われる。　このチョークを（水）に浸けると、ユニバーサル指示薬が（紫色）なり、水溶液は先の実験に比べて（より強い）塩基性を示す。このとき次の反応が起きる。　　　　（　ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ－→ Ｃａ（ＯＨ）₂　）　　　　　（タイプ３）　　　　　　　　　　　　　　　　水酸化カルシウム加熱時間が短いので生成する水酸化カルシウムは少ないが、これは強塩基であるので明らかに水溶液の塩基性が強まる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 12 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ［ｄ］酸性酸化物と塩基性酸化物［１］実験を整理すると　　　　（二酸化硫黄ＳＯ₂ ）　　　　（二酸化炭素ＣＯ₂ ）は水と反応して酸を生成し、　　　　（酸化カルシウムＣａＯ）は水と反応して塩基を生成する。　前者のように　　（１）（水）と反応して酸を生成したり　　（２）（塩基）と反応して塩を生成する酸化物は（酸性酸化物）と呼ばれる。　後者のように　　（３）水と反応して（塩基）を生成したり　　（４）酸と反応して塩を生成する酸化物は（塩基性酸化物）と呼ばれる。［２］硫黄や炭素のような（非金属）の酸化物の多くは（酸性）酸化物である。そしてカルシウムのような（金属）の酸化物の多くは（塩基性）酸化物である。参考：（２）と（４）のタイプの反応は次節で学習する。［ｅ］酸性雨［１］酸性酸化物の多くは（気体）である。石炭の主成分元素は炭素であり、石油の主成分元素は炭素と水素であるので、これらを（燃焼）すると、二酸化炭素と水蒸気が大量に発生する。　　　　（Ｃ）＋Ｏ₂ －→ ＣＯ₂ 　　　　２（Ｈ）＋Ｏ₂ －→ Ｈ₂Ｏまたこれらには少量の成分元素として（硫黄）が含まれるので、二酸化硫黄も発生する。　　　　（Ｓ）＋Ｏ₂ －→ ＳＯ₂ さらに燃焼では空気を加えるが、（空気）は高温になるとその成分の窒素と酸素が化合して一酸化窒素ＮＯ、二酸化窒素ＮＯ₂ が発生する。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 13 - 　　　　Ｎ₂ ＋Ｏ₂ －→ ２ＮＯ　　　　Ｎ₂ ＋２Ｏ₂ －→ ２ＮＯ₂ ［２］これらの（酸性酸化物）は大気と混合し、それに含まれる水蒸気や水滴と反応して（酸）になる。これはタイプ１の反応である。こうして雨は酸性となるのである。　発生する酸性酸化物が二酸化炭素ばかりであった時代は、それから生成する（炭酸　　Ｈ₂ＣＯ₃ ）が弱酸の中でも弱い方なので、雨の酸性はｐＨが（６）に近くて問題は無かった。　しかし人間が石炭、石油などを大規模に燃焼させるようになると、状況は一変した。二酸化硫黄からは実験で確認したように（亜硫酸Ｈ₂ＳＯ₃ ）という弱酸が生成する。そして亜硫酸はさらに紫外線と酸素によって硫酸という（強酸）に変化する。　　　　Ｈ₂ＳＯ₃ ＋（Ｏ）－→ Ｈ₂ＳＯ₄ 実験では亜硫酸が過酸化水素によって硫酸に変化したことを思い出そう。　加えて高温燃焼に伴って発生する二酸化窒素は水と反応して（硝酸ＨＮＯ₃ ）という強酸などに変化する。　　　　２ＮＯ₂ ＋Ｈ₂Ｏ－→ ＨＮＯ₃ ＋ＨＮＯ₂ ［３］こうして雨の酸性はｐＨが（５や４）という強さになり、（土壌の酸性化）による森林の立ち枯れ、湖沼の酸性化による水生生物の死滅、大理石の彫刻の腐食、コンクリートの建物の腐食（酸性雨つらら）などの被害が出ている。　ちなみに酸性雨のもとになる酸性酸化物は、（慢性気管支炎）など呼吸器系の障害も引き起こす。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 14 - 授業計画へ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ５．中和反応［ａ］中和反応［１］１節で学習したように酸と塩基は互いに相手を（打ち消し合う）関係にある。それは互いに反応して酸でも塩基でもない物質に変化することを意味している。このような反応は（中和反応）と呼ばれ、そのとき生成するのは（水）と、塩と言う物質である。問１　次の酸と塩基の中和の反応式で書け。（１）塩酸と水酸化ナトリウム　　　　ＨＣｌ＋ＮａＯＨ－→ Ｈ₂Ｏ＋ＮａＣｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　塩化ナトリウム（２）硫酸と水酸化カリウム　　　　Ｈ₂ＳＯ₄ ＋２ＫＯＨ－→ ２Ｈ₂Ｏ＋Ｋ₂ＳＯ₄ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　硫酸カリウム（３）硝酸と水酸化銅　　　　２ＨＮＯ₃ ＋Ｃｕ（ＯＨ）₂ －→ ２Ｈ₂Ｏ＋Ｃｕ（ＮＯ₃）₂ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　硝酸銅［２］中和反応で水が生成するのはどうしてだろうか。酸から生じる水素イオンと塩基から生じる水酸化物イオンが次のように反応して　　（　Ｈ⁺ ＋ＯＨ^- －→ Ｈ₂Ｏ　）その結果として水が生成する。そして水素イオン１個と水酸化物イオン（１）個が反応するので、いくつの酸といくつの塩基が反応するかは酸と塩基の価数から決まってくる。　また（塩）については、酸から生じる（陰イオン）と塩基に由来する（陽イオン）で構成される。塩は（イオン性）物質である。問２　次の塩はどんな酸と塩基から生成するか、反応式で書け。（１）炭酸カルシウム　ＣａＣＯ₃ 　　　　Ｈ₂ＣＯ₃ ＋Ｃａ（ＯＨ）₂ －→ ２Ｈ₂Ｏ＋ＣａＣＯ₃ 　　　　　炭酸　　水酸化カルシウム　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 15 - （２）酢酸ナトリウム　ＣＨ₃ＣＯＯＮａ　　　　ＣＨ₃ＣＯＯＨ＋ＮａＯＨ－→ Ｈ₂Ｏ＋ＣＨ₃ＣＯＯＮａ　　　　　　酢酸　　　水酸化ナトリウム［ｂ］注意したいこと［１］ひとつは、アンモニアが関係する中和反応である。たとえば塩酸との反応は次のようであり　　（　ＨＣｌ＋ＮＨ₃ －→ ＮＨ₄Ｃｌ　）　　　　　　　　　　　　　塩化アンモニウム水が生成しない。これを理解するには酸と塩基の考え方のレベルを上げる必要があるが、とりあえずそのようなものとして受け入れておこう。［２］ふたつは、（中途半端）な中和反応の存在である。　　　　Ｈ₂ＣＯ₃ ＋ＮａＯＨ－→ Ｈ₂Ｏ＋ＮａＨＣＯ₃ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　炭酸水素ナトリウムつまり、炭酸と同じ物質量の水酸化ナトリウムしか加えなければ、中和反応は炭酸の水素を残した塩を生成する。［３］みっつは、完全な中和反応で生成する塩でも（厳密には）中性でないことがある。「酸性酸化物と塩基性酸化物」実験では（炭酸カリウムＫ₂ＣＯ₃ ）や炭酸カルシウムＣａＣＯ₃ がすこし（塩基性）であることを観察した。この理由は１７章でくわしく学習するが、簡単な法則性があるので利用しよう。　　　　強酸と強塩基からできる塩　　　　完全に中性　　　　強酸と弱塩基からできる塩　　　　弱酸性　　　　弱酸と強塩基からできる塩　　　　弱塩基性　炭酸カリウムと炭酸カルシウムはいずれも（弱酸）と強塩基からできる塩である。ちなみに塩化アンモニウムＮＨ₄Ｃｌは（弱酸性）である。　さらに炭酸水素ナトリウムＮａＨＣＯ₃ は水素イオンになる水素原子が残っている塩であるにも係わらず、この法則性に従って（弱塩基性）であることは注意しよう。　このようなことは次の中和滴定において無視できないことがある。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 16 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ［ｃ］食酢の中和滴定［１］濃度不明の酸や塩基の水溶液がある場合、中和反応によってその濃度を計測することができる。この基礎になるのは、すでに学習した反応量（第３章）とモル濃度（第６章）である。ここでは一歩進んだ扱いをする。［例題］予め５倍にうすめておいた食酢を（ホールピペット）で１０ｍｌきっかり三角フラスコに採り、指示薬として（フェノールフタレイン）２、３滴を加える。（ビュレット）に準備した０.１ｍｏｌ/ｌ水酸化ナトリウム水溶液を滴下していくと、（　　　　）ｍｌ加えたところで水溶液がすこし（赤色）になった。以上の実験から食酢中の酢酸のモル濃度を求めよ。　　（０）モル濃度の復習をしておこう。　　　　　ｃ［ｍｏｌ/ｌ］の溶液ｖ［ｍｌ］に含まれる溶質の物質量ｎ［ｍｏｌ］は　　　　　１［ｌ］＝１０００［ｍｌ］ならｃ［ｍｏｌ］含まれるので　　　　　（　ｃｖ／１０００　）で求められる。　　参考：以上はｎ＝ｃｖ／１０００とまとめられる。　　（１）酸と塩基が中和するとき、酸からの水素イオンの物質量と塩基からの　　　　　水酸化物イオンの物質量は（等しい）。　　（２）５倍にうすめた食酢の酢酸のモル濃度をｃ［ｍｏｌ/ｌ］とすると　　　　　中和した酢酸の物質量は　　　　　　　（１０ｃ）／１０００［ｍｏｌ］　　　　　酢酸は１価であるからそれから生じる水素イオンは　　　　　　　（１）×１０ｃ／１０００［ｍｏｌ］　　（３）中和した水酸化ナトリウムの物質量は　　　　　　　０.１×（　　　　）／１０００［ｍｏｌ］　　　　　水酸化ナトリウムは（１）価であるのでそれから生じる水酸化物イオンは　　　　　　　１×０.１×（　　　　）／１０００［ｍｏｌ］　　（４）以上から、両辺の１０００を省いて　　　　　　　１×１０ｃ＝１×０.１×（　　　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 17 - 　　　　　　　　　ｃ＝（　　　　　）　　　　　もとの食酢のモル濃度は５倍だから　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　答　（　　　　）ｍｏｌ/ｌ［２］ここでフェノールフタレインは（中和点）を検出するために加える。中和で生成する酢酸ナトリウムはすこし塩基性なので、ｐＨが９のあたりで無色から赤色に変わるこの指示薬が選ばれている。またこのように溶液を滴下して中和反応に必要な体積を計測する分析操作は（中和滴定）と呼ばれる。［ｄ］中和滴定の関係式　以上を振り返ってみると、水素イオンの物質量は酸がｎ価でモル濃度がｃ［ｍｏｌ/ｌ］で体積がｖ［ｍｌ］である場合　　　　ｎ×（ｃｖ／１０００）［ｍｏｌ］である。　また水酸化物イオンの物質量は塩基がｎ'価でモル濃度がｃ'［ｍｏｌ/ｌ］で体積がｖ'［ｍｌ］である場合　　　　ｎ'×（ｃ'ｖ'／１０００）［ｍｏｌ］である。　したがって中和滴定では、それぞれの１０００を省いて　　　　（　ｎｃｖ＝ｎ'ｃ'ｖ'　）という関係式が成り立つ。問　濃度が分からない水酸化ナトリウム水溶液１０ｍｌを０.５ｍｏｌ／ｌ硫酸で中和したところ１７.４ｍｌを必要とした。この塩基水溶液のモル濃度を計算せよ。　　　　塩基水溶液をｃ［ｍｏｌ／ｌ］とすると　　　　　　２×０.５×１７.４＝１×ｃ×１０　　　　　　　　ｃ＝１.７４　　　　　　答　１.７４ｍｏｌ／ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（続く）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 18 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ［ｅ］酸化物と酸・塩基の反応［１］すでに学習したように石炭、石油を燃焼させると二酸化硫黄が発生する。これを含む排煙を水と混ぜてかゆ状にした水酸化カルシウムと反応させると、次の反応で９０％以上の二酸化硫黄を除去することができる。　　（　ＳＯ₂ ＋Ｃａ（ＯＨ）₂ －→ ＣａＳＯ₃ ＋Ｈ₂Ｏ　）　（タイプ２）　　　　　　　　　　　　　　　　亜硫酸カルシウム二酸化硫黄は酸性酸化物であり生成する亜硫酸カルシウムは（塩）である。したがってこれは前節のタイプ２の反応である。　　（２）酸性酸化物は塩基と反応して塩を生成する。　このようにして硫黄分を除去して大気汚染を防止する技術は（排煙脱硫）と呼ばれる。ちなみに亜硫酸カルシウムは硫酸カルシウムＣａＳＯ₄ に変化させて（石こう）として販売される。［２］胃酸過多の人に酸化マグネシウムを含む薬を投与する。すると胃酸である塩酸が次のように反応して「むねやけ」がおさまる。　　（　ＭｇＯ＋２ＨＣｌ－→ ＭｇＣｌ₂ ＋Ｈ₂Ｏ　）　　　（タイプ４）　　　　　　　　　　　　　　塩化マグネシウム酸化マグネシウムは（塩基性酸化物）であり、生成する塩化マグネシウムは塩である。したがってこれは前節のタイプ４の反応である。　　（４）塩基性酸化物は酸と反応して塩を生成する。　（２）（４）のタイプの反応は中和反応と似ていることに注目しよう。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 19 - 授業計画へ６．塩の反応［ａ］気体の酸と塩基をつくる（実験のまとめ）［１］塩化水素の発生　（塩化ナトリウム）に（濃硫酸）を加えると、次の反応によって（塩化水素）を発生する。　　（　ＮａＣｌ＋Ｈ₂ＳＯ₄ －→ ＮａＨＳＯ₄ ＋ＨＣｌ　）　（タイプ５）　　　塩化ナトリウム　　　　　硫酸水素ナトリウム（ＨＣｌとＮａＯＨの塩）　塩化水素は水に（溶けやすく）、空気より重いので（下方）置換で試験管に捕集する。塩化水素は（無色）の気体であるが、空気中の水蒸気と塩酸の微粒子をつくりすこし白煙となる。塩化水素は（刺激臭）を持つ。塩化水素は水に溶けてＢＴＢを（黄色）にし、試験管内を水が（上昇）する。　塩化水素は（気体）の酸であり、揮発性の酸と言える。揮発性とは気体になりやすいという意味である。これに対して硫酸は沸点が３１７℃であり（不揮発性）の酸である。　一般に次のようにまとめることができる。　　（５）揮発性酸の塩に不揮発性酸を加えると揮発性酸が発生する。［２］アンモニアの発生　（塩化アンモニウム）に（水酸化カルシウム）を混ぜて加熱すると、次の反応によって（アンモニア）が発生する。　　（　２ＮＨ₄Ｃｌ＋Ｃａ（ＯＨ）₂ －→ ＣａＣｌ₂ ＋２Ｈ₂Ｏ＋２ＮＨ₃　）　　　塩化アンモニウム　　　　　　　　塩化カルシウム　　　　（タイプ６）　（ＨＣｌとＮＨ₃ の塩）　アンモニアは水に溶けやすく空気より軽いので（上方）置換で試験管に捕集する。アンモニアは（無色）の気体であるが、同時に発生する水蒸気とアンモニア水の微粒子をつくりかなり白煙となる。アンモニアは（刺激臭）を持つ。アンモニアは水に溶けてフェノールフタレインを（赤色）にし、試験管内を水が上昇する。参考：同じ反応を７章でも実験している。（続く）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 20 - 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ　アンモニアは気体の塩基であり、揮発性の塩基と言える。これに対して水酸化カルシウムは固体であり、不揮発性の塩基である。　一般に次のようにまとめることができる。　　（６）（発性塩基の塩）に（不揮発性）塩基を加えると、揮発性塩基が発生する。［３］塩化アンモニウムの白煙　捕集した塩化水素とアンモニアを近づけると、次の反応によってはっきりとした（白煙）が生じる。　　　　ＨＣｌ＋ＮＨ₃ －→ ＮＨ₄Ｃｌ　　　　　　　　　　　　　塩化アンモニウム　白煙は生成した（塩化アンモニウム）の固体である。一般に煙は半透明であり、気体ではなく液体か固体の微粒子である。［ｂ］弱酸と弱塩基をつくる（実験のまとめ）［１］水酸化銅の生成と中和　青色の（硫酸銅）水溶液に（水酸化ナトリウム）水溶液を加えると、次の反応によって（水酸化銅）の沈でんが生成する。　（　ＣｕＳＯ₄ ＋２ＮａＯＨ－→ Ｎａ₂ＳＯ₄ ＋Ｃｕ（ＯＨ）₂　）　（タイプ８）　　　硫酸銅　　　　　　　　　　　　　　　　　　　水酸化銅（Ｈ₂ＳＯ₄ とＣｕ（ＯＨ）₂ の塩）　水酸化銅は水に（溶けにくく）、青色である。ろ液が（無色）であることに注意しよう。　水酸化銅は（弱塩基）である。これに対して水酸化ナトリウムは強塩基である。　一般に次のようにまとめることができる。　　（８）弱塩基の塩に強塩基を加えると弱塩基が生成する。　そして水酸化銅に硫酸を加えると、次のように（中和反応）して元の硫酸銅にもどる。　　　　Ｈ₂ＳＯ₄ ＋Ｃｕ（ＯＨ）₂ －→ ２Ｈ₂Ｏ＋ＣｕＳＯ₄ 　ちなみに（青色）は銅イオンによっている。　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 21 - ［２］炭酸の生成と分解これは実験はしなかったが、石灰岩（主成分は炭酸カルシウム）に希塩酸（うすい塩酸）を加えると、次の反応により（二酸化炭素）が発生する。　　　　ＣａＣＯ₃ ＋２ＨＣｌ－→ ＣａＣｌ₂ ＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂　　　　　炭酸カルシウム　この反応は２段階に分けると理解しやすい。まず次の反応によって（炭酸）が生成する。　　（　ＣａＣＯ₃ ＋２ＨＣｌ－→ ＣａＣｌ₂ ＋Ｈ₂ＣＯ₃　）　　　（タイプ７）（Ｈ₂ＣＯ₃ とＣａ（ＯＨ）₂ の塩）　　　　　　　　　炭酸炭酸は弱酸である。これに対して塩酸は強酸である。　一般に次のようにまとめることができる。　　（７）（弱酸の塩）に（強酸）を加えると弱酸が生成する。　そして炭酸は（分解）しやすく、続いて次の反応によって二酸化炭素を発生する。　　　　Ｈ₂ＣＯ₃ －→ Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂　　　この２つの反応式を（積み算）すると始め示した全体の反応式が得られる。［ｃ］塩の反応　いくつかの似たタイプの化学反応が存在する。その特徴を把握しておくと、反応式を整理したり記憶したりするのに役立つ。　そして中和反応こそは、この章で学習した最大の似たタイプの反応であることに注目しよう。問　（５）と（８）のタイプの反応についてそのイメージを図示してみよう。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 22 - 授業計画へ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｏ宿題（８章）１．酸に関する次の文を完成し、下の問に答えよ。　酸は水に溶けると（水素イオン）が生じる（ａ）。それは酸が（水）と反応して（電離）するためである。電離度がほぼ１のものが（強酸）であり、０.０１程度以下のものが（弱酸）（ｂ）である。（１）硫酸、酢酸について下線部（ａ）の反応式を書け。　　　　Ｈ₂ＳＯ₄ －→ ２Ｈ⁺ ＋ＳＯ₄ ^2- 　　　　ＣＨ₃ＣＯＯＨ－→ ＣＨ₃ＣＯＯ^- ＋Ｈ⁺ （２）（１）を除いて、下線部（ｂ）の例を１つ上げその化学式と名称で答えよ。　　　　Ｈ₂ＣＯ₃　　炭酸（３）水酸化ナトリウム、アンモニアは水に溶けると水酸化物イオンが生じる。そのときの反応式を書け。　　　　ＮａＯＨ－→ Ｎａ⁺ ＋ＯＨ^- 　　　　ＮＨ₃ ＋Ｈ₂Ｏ－→ ＮＨ₄ ⁺ ＋ＯＨ^- （４）（３）を除いて、１価と２価の塩基を１つずつ上げその化学式と名称で答えよ。　　　　１価：ＫＯＨ　水酸化カリウム　　　　２価：Ｃｕ（ＯＨ）₂　水酸化銅２．水素イオン指数（ｐＨ）に関する次の問に答えよ。（１）水のイオン積の関係式を示せ。　　　　［Ｈ⁺］［ＯＨ^-］＝１０^-14 （２）中性のときの水素イオンのモル濃度はいくらか。　　　　１０^-7ｍｏｌ/ｌ（３）０.００１ｍｏｌ/ｌ塩酸のｐＨはいくらか。　　　　［Ｈ⁺］＝０.００１＝１０^-3ｍｏｌ/ｌ　　　　答　ｐＨ３（４）問３の塩酸をｐＨ５とするにはどうするか。　　　　水を加えて１００倍に希釈する。（５）ｐＨ１３を示す水酸化カルシウム水溶液のモル濃度を計算せよ。　　　　［Ｈ⁺］＝１０^-13ｍｏｌ/ｌ　　　　したがって［ＯＨ^-］１０^-1＝０.１ｍｏｌ/ｌ　　　　水酸化カルシウムは２価で強塩基だから　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　答　０.０５ｍｏｌ/ｌ３．酸化物について次の文を読み、下の問に答えよ。　硫黄を燃焼させ、発生する気体を水に溶かす（ａ）とＢＴＢが黄色になる。　またチョーク（炭酸カルシウム製）をバーナーで強熱し、水に投入する（ｂ）とユニバーサル指示薬が紫色になる。（１）下線部（ａ）（ｂ）の反応式を書き、生成する物質名も答えよ。　　　　（ａ）ＳＯ₂ ＋Ｈ₂Ｏ－→ Ｈ₂ＳＯ₃　　　　　亜硫酸　　　　（ｂ）ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ－→ Ｃａ（ＯＨ）₂　　水酸化カルシウム（２）（１）を除いて、塩基性酸化物の例を１つ上げその化学式と名称を答えよ。　　　　ＭｇＯ　　酸化マグネシウム　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 23 - （３）排煙を水酸化カルシウムと反応させて脱硫するときの反応式を書け。　　　　ＳＯ₂ ＋Ｃａ（ＯＨ）₂ －→ ＣａＳＯ₃ ＋ＨＯ４．中和反応に関する次の問に答えよ。問１　次の酸と塩基の中和の反応式を書け。（１）塩酸と水酸化ナトリウム　　　　ＨＣｌ＋ＮａＯＨ－→ Ｈ₂Ｏ＋ＮａＣｌ（２）リン酸と水酸化カルシウム（完全に中和する場合）　　　　２Ｈ₃ＰＯ₄ ＋３Ｃａ（ＯＨ）₂ －→ ６Ｈ₂Ｏ＋Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂ 問２　次の塩はどんな酸と塩基から生成するか、反応式で書け。（１）硝酸カリウム　（ＨＮＯ₃ ＋ＫＯＨ－→ Ｈ₂Ｏ＋ＫＮＯ₃ ）（２）酢酸ナトリウム（ＣＨ₃ＣＯＯＨ＋ＮａＯＨ－→ Ｈ₂Ｏ＋ＣＨ₃ＣＯＯＮａ）問３　次の文を完成せよ。　予め５倍に希釈した食酢を（ホールピペット）で１０ｍｌきっかり採り、指示薬として（フェノールフタレイン）を加え、（ビュレット）に準備した０.１ｍｏｌ/ｌ水酸化ナトリウムで（中和滴定）すると、１４.３ｍｌで溶液がうすい（赤色）になった。元の食酢に含まれる酢酸のモル濃度は（０.７１５）ｍｏｌ／ｌである。問４　次の間に成り立つ関係式を書け。（１）ｃ［ｍｏｌ/ｌ］の溶液ｖ［ｍｌ］に含まれる溶質の物質量ｎ［ｍｏｌ］　　　　ｎ＝ｃｖ／１０００（２）ｎ価でｃ［ｍｏｌ/ｌ］の酸ｖ［ｍｌ］と、ｎ' 価でｃ'［ｍｏｌ/ｌ］の塩基ｖ'［ｍｌ］が中和する。　　　　ｎｃｖ＝ｎ'ｃ'ｖ' ５．塩の反応についての次の文を完成し、下の問に答えよ。　（塩化ナトリウム）に（濃硫酸）を加えると次の反応によって（塩化水素）が発生する。　　　　ＮａＣｌ＋Ｈ₂ＳＯ₄ －→ ＮａＨＳＯ₄ ＋ＨＣｌ（ａ）これを（下方）置換で捕集した試験管を、ＢＴＢを加えた水に倒立すると（黄色）に変色する（ｂ）。またこの気体に（アンモニア）を近づけると（白煙）が生じる（ｃ）。問１　始めの気体を発生させるときの様子をイラストで描け。問２　下線部（ａ）の反応はどんなタイプか。　　　　揮発性酸の塩に不揮発性酸を加えると　　　　揮発性酸が発生する。問３　弱塩基の塩に強塩基を加えると弱塩基が　　　　　　　　　図１生成する例をひとつ上げ、反応式で答えよ。　　　　ＣｕＳＯ₄ ＋２ＮａＯＨ　　　　　－→ Ｎａ₂ＳＯ₄ ＋Ｃｕ（ＯＨ）₂ 問４　下線部（ｂ）関して同時に起こることを書け。　　　　試験管内を水が上昇する。問５　下線部（ｃ）の反応式を書け。　　　　ＮＨ₃ ＋ＨＣｌ－→ ＮＨ₄Ｃｌ　　　　　　　　　　　　　　　（　）組　（　　）番　氏名（　　　　　　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　- 24 - 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。