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
HOHが結びついて水H2Oが生じます。
式で書くと
H+ + OH- → H2O
となります。
この反応が中和(中和反応)といいます。

この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、そしてアルカリ性を示す原因であるOHがなくなるので、互いの性質を打ち消し合う反応と説明されるわけです。

■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

ここ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

ここでは硫酸バリウムBaSO4という塩ができます。

例③ 塩酸と水酸化カルシウム水溶液


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が、
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)=食塩のみ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

■ビーカーにうすい塩酸を入れておく。

■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。

■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、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ね。

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。
つまり中和が起こります

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(少しうすくなる)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。
つまり中和が起こります
またNaCl結びつかないまま溶液中に存在します。

このとき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。
なので中和は起こりません
OHは誰とも結びつかず、そのまま。
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ね。

まとめ

それぞれのビーカーの液性は↑の図の通り変化していきます。

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(Mg)などの金属片を入れると水素を発生させながら溶けます

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


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(NaとClが結びつかないまま)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


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(Na+とCl-が結びつかないまま)存在しています。
よって水酸化ナトリウム水溶液を加えるにつれ、そのまま誰とも反応せず、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)は
4個→4個→4個→6個
とイオンの総数は増えますが、中和によって水も増え続けるので↓のようになります。


水酸化ナトリウム水溶液を加えた直後にどれくらい電流を通すか、というのはこのイオン濃度のグラフに関わっています。


中性に近づくほど電流を通しにくい、ということになります。
通しにくいですが、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。

■このページのポイント

・酸の定義=電離して水素イオンを生じる物質
・アルカリの定義=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。
・塩は酸とアルカリの組み合わせの分だけ存在する。
・各イオンの数の変化のグラフをイメージできるように。
・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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