中3化学【中和反応】

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1.中和反応

■中和

酸とアルカリが反応して互いの性質を打ち消し合う反応。

酸とアルカリが反応して水が生じる反応ともいえる。

 

 

 

酸・アルカリとは…

・・・電離してHを生じる物質

アルカリ・・・電離してOHを生じる物質

という物質でした。

→【酸とアルカリ】←を参考に。

 

 

 

酸とアルカリを混ぜ合わせると、H+ と OH- が結びついて水 H2が生じます。

式で書くと

H+ + OH- → H2O

となります。

この反応を中和(中和反応)といいます。

 

 

中和という反応では、

・酸性を示す原因であるHがなくなる

・アルカリ性を示す原因であるOHがなくなる

そのため、互いの性質を打ち消し合う反応とも説明されます。

 

 

 

■塩(えん)

中和で水以外に生じる物質のこと。

 

 

 

塩にはさまざまな種類があります。

中和反応の例を通していくつかの塩を見てみましょう。

 

 

 

例① 塩酸と水酸化ナトリウム水溶液

塩酸の化学式はHCl、水酸化ナトリウムの化学式はNaOH。

どちらも代表的な強酸、強アルカリです。

 

 

この反応では塩化ナトリウム NaCl という塩ができています。

塩化ナトリウムは「食べることができる塩」なので食塩とも呼ばれます。

 

 

 

例② 硫酸と水酸化バリウム水溶液

硫酸の化学式はH2SO4、水酸化バリウムの化学式はBa(OH)2

これらもよく出題される強酸、強アルカリです。

 

ここでは硫酸バリウムBaSO4という塩ができます。

硫酸バリウムは白色の固体で、水にとけない塩です。

 

 

 

例③ 塩酸と水酸化カルシウム水溶液

塩酸は化学式HCl。

水酸化カルシウムは化学式CaCl2

ここでは塩化カルシウムCaCl2という塩ができます。

 

 

 

ここでは3種類の塩を紹介しました。

酸とアルカリの組み合わせの分だけ塩の種類は存在します

 

 

間違っても塩(えん)=食塩のことと思い込まないようにしましょう。

 

 

ちなみに塩には水に溶けるものと水に溶けずに沈殿になるものがあります。

 

その代表的なものは次の2つです。

塩化ナトリウムNaCl・・・水に溶ける塩

硫酸バリウムBaSO4・・・水に溶けずに沈殿する塩

 

 

 

2.塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の中和

次のような実験で中和について調べたとしましょう。

 

 

実験

①ビーカーにうすい塩酸を入れておく。

 

②このビーカーにBTB溶液を2、3滴加える。
→このときビーカーには塩酸が入っているのでBTB溶液は黄色に変化。

 

③このビーカーに水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ加え、BTB溶液の色の変化を確認する。
こまごめピペットという器具を使います。

 


このときのビーカー内で起こっている変化を1つずつ見ていきましょう。

 

 

 

①ビーカーに塩酸のみが入っているとき

塩酸は水に塩化水素が溶けた水溶液です。

 

塩化水素は水溶液中で

HCl → H+ + Cl

と電離しています。

 

ここではビーカーに入ったうすい塩酸を、次のようなモデルで考えてみます。

水素イオンHが2個、塩化物イオンClが2個入っています。
(あくまでモデル図、たとえです。こんなにイオンが少ないことは実際にはほぼありえません。)

水素イオンHがあるので溶液は酸性を示します。

よってBTB溶液は黄色になります。

 

 

 

②水酸化ナトリウム水溶液を少し加えたとき

ここで水酸化ナトリウム水溶液を少し加えてみます。

水酸化ナトリウムは水溶液中で

NaCl → Na+ + Cl

と電離しています。

 

いまナトリウムイオンNa1個と塩化物イオンCl1個のセットを加えたとしましょう。

 

 

ここでHOHが結びついて水H2Oになります。(つまり中和が起こった。)

 

このときNaClが結びついて塩化ナトリウムNaClができる………ように思えます。

が、塩化ナトリウムNaClは電解質のため、電離したまま(NaCl結びつかないまま)存在してしまいます。

 

このとき、まだHがあるので溶液は酸性を示します。

つまりBTB溶液は黄色のまま(さっきよりはうすくなる)です。

 

 

 

③水酸化ナトリウム水溶液をさらに加えたとき

ここにさらにNa1個とCl1個のセットを加えたとしましょう。

 

 

先ほどと同様、HOHが結びついて水H2Oになります。(つまり中和が起こった。)

またNaCl結びつかないまま溶液中に存在します。

 

 

このとき、ビーカーの中にはHがありません。

またOHもありません。

つまり酸性でもアルカリ性でもない、中性というわけです。

よってBTB溶液は緑色になります。

 

 

 

④水酸化ナトリウム水溶液をもう一度加えたとき

そしてさらにNa1個とCl1個のセットを加えたとしましょう。

 

 

もう溶液にはHが残っていません。

OHは誰とも結びつかず、そのまま。

そのため、中和は起こりません

またNaCl結びつかないまま溶液中に存在します。

 

 

このとき溶液にはOHがあります。

よって溶液はアルカリ性を示します。

BTB溶液は青色になるということです。

 

 

 

まとめ

 

それぞれのビーカーの液性は図の通り、酸性→中性→アルカリ性へと変化していきます。

 

 

また酸の性質として、

金属と反応して水素を発生させる

というものがあります。

 

 

よって左側2つのビーカーは酸性なのでマグネシウムなどの金属を入れると水素が発生します

 

 

 

各イオンの数の変化

各イオンの数の変化をグラフにまとめてみましょう。

 

水素イオンH+

水酸化ナトリウム水溶液が加えられ、中和が起こるのでHの数は減少していきます。(H2Oに変化していく)

 

 

 

塩化物イオンCl-


ClNaと結びついて塩化ナトリウムNaClになる………ように思えます。

しかし、塩化ナトリウムNaClは電解質のため、電離したまま(NaとClは結びつかないまま)存在しています。

よって最初から最後まで数は変化しません。

 

 

 

 

ナトリウムイオンNa+

先ほどと同じで、Na+とClは結びつかないまま存在しています。

よって水酸化ナトリウム水溶液を加えていっても、ほかのイオンとも反応せず、そのままで液中に増えていきます。

 

 

 

水酸化物イオンOH-


はじめはOHを加えても、Hと反応してH2Oへと変化してしまいます。

中和に使われるのでビーカーには残りません。

ですがHがなくなってからは、中和に使われることはないので増加していくのです。

 

 

 

イオンの総数・電流

さきほどのまとめの図からH2Oのモデルのみを取り除きます。(↓の図)

 

 

ここからイオンの総数(種類問わずイオンの合計数)を見ると

4個→4個→4個→6個

と変化しています。

 

 

つまりグラフ化すると↓のようになります。

さらにイオンの濃度(水溶液全体に対してイオンが占める割合)をグラフ化すると↓のようになります。

 

 

 

それぞれの段階の溶液がどれくらい電流を通すか、というのはこのイオン濃度で決まります。

・イオン濃度が高い → 電流を通しやすい

・イオン濃度が低い → 電流を通しにくい

よって電流の大きさを表すグラフは↓のようになります。

 

 

中性に近いほど電流を通しにくいことになります。

しかしイオンがなくなることはないので、電流が流れないという状態になることはありません。

 

 

 

以上のグラフはとても重要です。

 

 

 

しかし、これは

塩酸の入ったビーカーに水酸化ナトリウム水溶液を少しずつ加えていった

という実験下でのグラフです。

 

 

 

もしも

水酸化ナトリウム水溶液の入ったビーカーに塩酸を少しずつ加えていった

ならば↓の図のようにグラフの様子も変わってしまいます。

 

 

 

グラフの形を丸覚えするのではなく、問題文の条件を見逃さないように気を付けながらグラフをイメージできるようになりましょう。

 

 

POINT!!

・酸とは・・・・・・電離して水素イオンを生じる物質

・アルカリとは・・・電離して水酸化物イオンを生じる物質

・中和とは・・・・・酸とアルカリが反応して水ができる反応

・塩(えん)は、酸とアルカリの組み合わせの分だけ存在する。

・塩酸の入ったビーカーに徐々に水酸化ナトリウム水溶液を加えたときは↓のようなグラフ。

 

 

・水酸化ナトリウム水溶液の入ったビーカーに徐々に塩酸を加えたときは↓のようなグラフ。

・中性のとき電流が最も流れにくい。ただし、塩が電解質の場合は電流が全く流れない、ということにはならない。

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小中高生に数・理を教えている関西の丑年塾講師。
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