化学の疑問・質問

化学の疑問・質問
溶解、酸化・還元、酸・塩基
埼玉大学教育学部理科教育講座
芦田実
化学に関する質問を分類
○溶解現象と溶解度
○酸化・還元と反応式
○酸と塩基
高校生や大学生が分かりにくいこと、誤解していることを解説
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溶解現象と溶解度
溶けるとは？
エタノールに対する無機化合物の溶解度
25℃
AgBr 1.6×10-6 % AgCl 1.4×10-5 %
AgNO3 2.1 % Ba(NO3)2 0.002 % Ca(NO3)2 35 %
CaCl2 22 % FeCl3 67 % KBr 2.1 %
KCl 0.03 % KI 1.9 % NaBr 2.3 % NaCl 0.15 %
28℃
KOH 28 % NaOH 15 %
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水に対する有機化合物の溶解度
25℃
L-ｱｽｺﾙﾋﾞﾝ酸 20 % 安息香酸 0.34 % ｶﾌｪｲﾝ 2.1 %
ｸｴﾝ酸一水和物 62 % D-ｸﾞﾙｺｰｽ一水和物 51 %
ｸﾞﾘｼﾝ 20 % ｺﾊｸ酸 7.5 % ｼｭｳ酸二水和物 10 %
ｼｮ糖 67 % 尿素 55 % ﾌﾀﾙ酸 0.72 % ﾏﾛﾝ酸 62 %
ﾅﾌﾀﾚﾝ 0.0031 % ﾋﾄﾞﾛｷﾉﾝ 7.0 % ﾏﾚｲﾝ酸 44 %
20℃
ｽﾃｱﾘﾝ酸 0.00029 %
ﾊﾟﾙﾐﾁﾝ酸 0.00072 %
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質問20
油をエタノールと水の混合溶媒に溶かすには？
回答
エタノールの量が少ないと、油の微粒子が水
中に分散して白く濁る
放置すれば、水と油が２層に分離する
エタノールを増やすか、界面活性剤等を添加
すれば油が溶ける
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３成分系の溶解度
種々の液体の相互溶解度
種々の液体の相互溶解度
種々の液体の相互溶解度
３成分系の溶解度
３成分系の溶解度
酸化・還元と反応式
反応する？しない？
質問141（続）
銀の指輪を温泉につけたら黒くなった。アルミの鍋で
食塩水で煮たら元に戻った。なぜ？
回答（続）（塩基性の場合）
標準電極電位（正値の反応ほど右に進む）
(1) Al3+ + 3e- → Al
-1.68V
(2) Ag2S + 2e- → 2Ag + S2- -0.69V
(3) S + 2e- → S2-0.45V
(4) S + 2H+ + 2e- → H2S(g) +0.17V
(5) Ag+ + e- → Ag
+0.80V
温泉につけると硫化銀が生じ黒ずむ。塩基性温泉な
ら式(2)が左に、式(3)が右に進む。式(5)は反応しない
2Ag + S2- + S → Ag2S + S2∴ 2Ag + S → Ag2S
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質問32
イオウと鉄を混ぜて加熱すると、磁石で分離
し難くなるのはなぜ？
回答
イオウと鉄から硫化鉄ができる（新しい１つの化合物）
硫化鉄は、組成により反強磁性～フェリ磁性と変化
固体反応は遅いので、粒子内部に反応物が残存？
接触部分で反応するので，硫化鉄が粒子同士を接着
する
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質問170（続）
水溶液と金属の反応？
③ AgNO3aq + Cu ④ Pb(CH3COO)2aq + Zn
回答（続）
③ Cu2+ + 2e- → Cu +0.34V
Ag+ + e- → Ag
+0.80V
∴ 2Ag+ + Cu → 2Ag + Cu2+
④ Zn2+ + 2e- → Zn -0.76V
Pb2+ + 2e- → Pb -0.13V
∴ Pb2+ + Zn → Pb + Zn2+
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質問73
酸化された物質、還元された物質と電子の授受
の関係？ Cu + Cl2 → CuCl2
回答
電気陰性度が異なるのでイオン結合 Cu2+(Cl-)2
Cu → Cu2+ + 2e- Cl2 + 2e- → 2Cl銅が塩素により銅イオンに酸化された
塩素が銅により塩素イオンに還元された
相手に電子を与えた(還元した)＝自分は酸化された
電子を奪った(酸化した)＝還元された
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質問73（続）
酸化された物質、還元された物質と電子の授受
の関係？ Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe
回答（続）
電気陰性度が異なるので酸化物がイオン結合
(Fe3+)2(O2-)3 (Al3+)2(O2-)3
Fe3+ + 3e- → Fe
O2- → O2-
Al → Al3+ + 3e-
Fe3+ が Al により Fe に還元された
Al が Fe3+ により Al3+ に酸化された
O2- は酸化も還元もされていない
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酸と塩基
ｐＨとは？
質問225（続）ｐＨ曲線と[H+]、[OH-] （仮想的計算）
HCl-NaOH系初濃度C＝1mol/L Kw＝1×10-2mol2/L2と仮定
質問195
pH9の水溶液10mLとpH10の水溶液20mLを混合
したらpHは？電離度は１とする
回答
水素イオン濃度[H+]とpHの関係は
pH = -log10[H+] ⇔ [H+] = 10-pH
水の電離平衡とイオン積 H2O ⇔ H+ + OHKw = [H+][OH-] = 1×10-14 （25℃）
塩基性でpHを決めるのは[OH-]
混合前の[OH-]から混合後（体積変化）の[OH-]を求め、
それからpHを求める
最後の答え pH＝9.84
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質問130
一塩基酸を極端に薄めた場合、pHはどうなるの？
硫酸よりチオ硫酸の方が酸性が低いのはなぜ？
回答（希釈）
一塩基酸HAの電離平衡 HA ⇔ H+ + A- より、
電離定数は Ka = [H+][A-]／[HA]
水の電離平衡 H2O ⇔ H+ + OH- より、水の
イオン積 Kw = [H+][OH-] = 1×10-14(25℃)
物質収支の均衡より、希釈後のHAの初濃度
C = [HA] + [A-]
電気的中性より [H+] = [OH-] + [A-]
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質問130（続）
一塩基酸を極端に薄めた場合、pHはどうなるの？
硫酸よりチオ硫酸の方が酸性が低いのはなぜ？
回答（続）（希釈）
以上の式より Ka = [H+][A-]／[HA]
= [H+]([H+]2-Kw)／(C[H+]-[H+]2+Kw)
∴ [H+]3 + Ka[H+]2 - (CKa+Kw)[H+] - KaKw = 0
上式は弱酸でも強酸でも成り立つ
[H+]を試行錯誤に求めるか、3次式のCardanの解法
を使う
希釈倍率が大きくなるほど純水のpHに近づく
CO2の影響で、実際の純水はpH=6前後である ⇒
質問130（続）
一塩基酸を極端に薄めた場合、pHはどうなるの？
硫酸よりチオ硫酸の方が酸性が低いのはなぜ？
回答（続）（チオ硫酸）
チオ硫酸の方が酸素の数が少ない
S-S結合に電子の偏りを生じない
S-O結合では酸素がマイナス気味になり、酸素の
数が多いほど酸素が協力してS-O-HのO-H結合
の電子を引っ張り、水素イオンが生じやすくなる ⇒
質問135
中和実験に使用するBTBとNaOHの代用品は？
回答
BTBの代用ムラサキツユクサ、赤ジソ、ムラサキ
キャベツ等の汁
NaOHの代用せっけん水、木灰汁、NaHCO3（ふくら
し粉）、虫さされ薬（NH3）、石灰（発熱注意）、洗剤等
酸性の薬品食酢、レモン、梅干し、炭酸水、トイレ
用洗剤等
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質問159
BTB指示薬の代用品は？
回答
BTB水溶液（青色） 0.04%BTB＋0.006%NaOH
pH指示薬メチルオレンジ（pH=3.1～4.4）、メチルレッド（pH=
4.2～6.3）、ニュートラルレッド（pH=6.8～8.0）、クレゾールレッド
（pH=7.2～8.8）、フェノールフタレイン（pH=8.3～10.0）、リトマス
日用品ムラサキキャベツ、アカジソ、ムラサキツユクサ、
ムラサキゴテン、ターメリック（ウコン）等の汁、
ぶどうジュース、紅茶
⇒
終わり

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