【中3理科】酸とアルカリの実験のポイントと問題

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イオンの学習が化学電池まで進むと、あとは酸・アルカリ・中和に関する問題が続きます。酸やアルカリとは何なのか。登場する水素イオンや水酸化物イオンの性質もしっかりと押さえていきましょう。

酸とは?

とは、水に溶けると酸性を示す物質です。もしあなたがお風呂に入り、お風呂のお湯が酸性になると、あなたは酸ということになります。有名な酸として、塩化水素二酸化炭素硫酸などがあります。

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酸の電離

酸を水に溶かして水溶液にしたり、加熱して液体にすると電離し、陽イオン陰イオンが生じます。酸が電離すると必ず水素イオンH⁺という陽イオンが生じます。つまり、水溶液が酸性になる正体は水素イオンH⁺なのです。

  • 塩化水素(塩酸)の電離
    塩化水素→水素イオン+塩化物イオン
    HCl→H⁺+Cl⁻
    塩化水素の電離 酸と塩基
  • 硫酸の電離
    硫酸→水素イオン+硫酸イオン
    H₂SO₄→2H⁺+SO₄²⁻
    硫酸の電離 酸と塩基

酸性の水溶液の性質

酸を水に溶かし、酸性にした水溶液には次のような特徴があります。

  • 青色リトマス紙赤色に変える。
  • 緑色のBTB溶液黄色に変える。
  • pHが7よりも小さい
  • マグネシウムなどの金属と反応し水素が発生する。
  • なめると酸っぱい味がする。

水素イオンの移動問題

塩酸に含まれるイオンの移動に関する問題です。うすい硝酸カリウム水溶液で湿らせたろ紙の上に、うすい塩酸をしみ込ませた糸を置き、下の図のように、電圧をかけるとどのリトマス紙の色が変化するでしょうか。

水素イオンの移動

うすい塩酸中のイオンは、陽イオン水素イオンH⁺陰イオン塩化物イオンCl⁻です。電圧をかけると、陽イオンは陰極に、陰イオンは陽極に移動します。

  • 陽イオン(水素イオン)H⁺陰極側へ移動
  • 陰イオン(塩化物イオン)Cl⁻→陽極側へ移動

酸性の正体は水素イオンH⁺なので、陰極側青色リトマス紙が赤色に変化します。

水素イオンの移動

酸のまとめ!❶水に溶けると水素イオンH⁺を生じ酸性を示す物質!
❷リトマス紙を赤色、BTB溶液を黄色にし、pHは7より小さい!
❸水素イオンH⁺は陽イオンなので電圧をかけると陰極に移動!

アルカリとは?

アルカリとは、水に溶けるとアルカリ性を示す物質です。もしあなたがお風呂に入り、お風呂のお湯がアルカリ性になると、あなたはアルカリということになります。有名なアルカリとして、水酸化ナトリウムアンモニア石灰などがあります。

アルカリの電離

アルカリを溶かすと電離し、陽イオンと陰イオンが生じます。アルカリが電離すると必ず水酸化物イオンOH⁻という陰イオンが生じます。つまり、水溶液がアルカリ性になる正体は水酸化物イオンOH⁻になるのです。

  • 水酸化ナトリウムの電離
    水酸化ナトリウム→ナトリウムイオン+水酸化物イオン
    NaOH→Na⁺+OH⁻
    水酸化ナトリウムの電離 酸と塩基
  • 水酸化バリウムの電離
    水酸化バリウム→バリウムイオン+水酸化物イオン
    Ba(OH)₂→Ba²⁺+2OH⁻
    水酸化バリウムの電離 酸と塩基

アルカリ性の水溶液の性質

アルカリを水に溶かし、アルカリ性にした水溶液には次のような特徴があります。

  • 赤色リトマス紙青色に変える。
  • 緑色のBTB溶液青色に変える。
  • フェノールフタレイン溶液の色を無色透明から赤色に変える。
  • pHが7よりも大きい
  • 皮ふをとかす

水酸化物イオンの移動問題

水酸化ナトリウム水溶液に含まれるイオンの移動に関する問題です。うすい硝酸カリウム水溶液で湿らせたろ紙の上に、水酸化ナトリウム水溶液をしみ込ませた糸を置き、下の図のように、電圧をかけるとどのリトマス紙の色が変化するでしょうか。

水酸化物イオンの移動

水酸化ナトリウム水溶液中のイオンは、陽イオンナトリウムイオンNa⁺陰イオン水酸化物イオンOH⁻です。電圧をかけると、陽イオンは陰極に、陰イオンは陽極に移動します。

  • 陽イオン(ナトリウムイオン)Na⁺→陰極側へ移動
  • 陰イオン(水酸化物イオン)OH⁻陽極側へ移動

アルカリ性の正体は水酸化物イオンOHなので、陽極側の赤色リトマス紙が青色に変化します。

水酸化物イオンの移動

アルカリのまとめ!❶水に溶けると水酸化物イオンOH⁻を生じアルカリ性を示す物質!
❷リトマス紙を青色、BTB溶液を青色、フェノールフタレイン溶液を赤色にし、pHは7より大きい!
❸水酸化物イオンOH⁻は陰イオンなので電圧をかけると陽極に移動!

酸とアルカリ 確認問題

  1. 水に溶けて電離する物質を何というか。
  2. 水に溶けて酸性を示す物質を何というか。
  3. 水に溶けてOH⁻が生じる物質を何というか。
  4. 塩化水素が水に溶けて電離するようすを化学式とイオン式で表せ。
  5. 酸性の水溶液に緑色のBTB溶液を入れると何色になるか。
  6. 酸性の水溶液のpHは7よりも大きいか小さいか。
  7. アルカリ性の水溶液には何イオンが存在するか。
  8. アルカリ性の水溶液は無色透明のフェノールフタレイン溶液の色を何色に変えるか。

解答

  1. 電解質
  2. アルカリ
  3. HCl→H⁺+Cl⁻
  4. 黄色
  5. 小さい
  6. 水酸化物イオン
  7. 赤色

【練習問題】酸・アルカリ

問題下図のように、硝酸カリウム水溶液をしみこませたろ紙上に、赤色、青色リトマ
ス紙を置き、中央に10%の塩酸をしみこませたろ紙を置いて金属クリップの両端に電圧をかけたところ、リトマス紙のある部分の色が変化していった。

酸・アルカリ

(1)図で色が変化する部分を、ア~エの中からから1つ選び、記号で答えよ。

(2)図で色が変化する理由を、原因となるイオン名を用いて、簡潔に説明せよ。

(3)塩酸と同じように、リトマス紙の色を変化させる水溶液を、次のア~オの中からすべて選び、記号で答えよ。
ア 水酸化ナトリウム水溶液
イ 塩化ナトリウム水溶液
ウ エタノール
エ 炭酸水
オ 酢

(4)中央のろ紙に、うすい水酸化ナトリウム水溶液をしみ込ませ、金属クリップの両端に電圧をかけた場合、どのリトマス紙の色が変化するか。ア~エの中から1つ選び、記号で答えよ。

(5)水酸化ナトリウムが水に溶けて電離するようすを、化学式とイオン式を用いて表せ。

【解答・解説】酸・アルカリ

(1)
塩酸は酸性の水溶液なので、青色リトマス紙を赤色に変色させます。酸性の正体は塩酸中の陽イオンである水素イオンH⁺なので、陰極側に引き寄せられる。したがって、陰極側の青色リトマス紙であるイの色が変化します。

酸と水素イオン水素イオンの移動

(2)酸性を示す水素イオンは陽イオンなので、陰極に引き寄せられ、青色リトマス紙を赤色に変えるから。
酸性の水溶液中には、必ず水素イオンH⁺が存在します。水素イオンは陽イオンなので、陰極側に引き寄せられます。

(3)エ、オ
炭酸水は二酸化炭素が水に溶けた水溶液で、弱い酸性を示す物質です。酢は酢酸が溶けた水溶液で、これも弱い酸性を示します。水酸化ナトリウム水溶液はアルカリ性で、塩化ナトリウム水溶液(食塩水)とエタノールは中性になります。

酸性の水溶液とその溶質・塩酸…気体の塩化水素
・硫酸…液体の硫酸
・炭酸…気体の二酸化炭素
・ホウ酸…固体のホウ酸
・雨水…気体の二酸化炭素
・レモン汁…クエン酸

(4)
水酸化ナトリウム水溶液はアルカリ性の水溶液なので、赤色リトマス紙を青色に変色させます。アルカリ性の正体は水酸化ナトリウム水溶液中の陰イオンである水酸化物イオンOH⁻なので、陽極側に引き寄せられる。したがって、陽極側の赤色リトマス紙であるウの色が変化します。

アルカリと水素イオン水酸化物イオンの移動

(5)NaOH→Na⁺+OH⁻
水酸化ナトリウムの化学式はNaOHで、電離するとナトリウムイオンNa⁺と水酸化物イオンOH⁻に電離します。水に溶けて水酸化物イオンOH⁻が生じ、アルカリ性を示す物質をアルカリといいます

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