【中学3年理科】酸とアルカリの実験のポイント・問題

シェアする

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。

スポンサーリンク

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!

酸とアルカリの確認問題

  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

酸性・アルカリ性の水溶液

酸・アルカリの単元でも説明したように、水に溶けると水素イオンH⁺が生じる物質を、水酸化物イオンOH⁻が生じる物質をアルカリといいました。

  • 塩酸(酸性の水溶液)
    HCl→H⁺+Cl⁻
  • 水酸化ナトリウム水溶液(アルカリ性の水溶液)
    NaOH→Na⁺+OH⁻

今回は、酸性の水溶液で覚えておきたいもの、アルカリ性の水溶液で覚えておきたいものを紹介します。

酸性の水溶液

酸性の水溶液は、名称に「〇〇とつく場合が多いです。また、なめると酸っぱかったり、シュワシュワとする性質があります。

 酸性の水溶液 溶質(溶けているもの)  その他覚えること
塩酸 塩化水素(気体)  刺激臭
硫酸 硫酸(液体)
炭酸 二酸化炭素(気体)
酢酸(お酢) 酢酸(液体) 刺激臭
雨水 二酸化炭素など
レモン汁(クエン酸) クエン酸

酸性を調べる指示薬

水溶液が酸性かどうかを調べるには指示薬を使います。酸性の場合、指示薬の色が次のように変化します。

指示薬 色の変化
青色リトマス紙 青色赤色
BTB溶液 黄色
pH試験紙 赤色

アルカリ性の水溶液

アルカリ性の水溶液は、名称に水酸化〇〇水溶液」という名称がつきます。また、なめると苦かったり、手で触るとぬるぬるする性質があります。

アルカリ性の水溶液 溶質(溶けているもの) その他覚えること
水酸化ナトリウム水溶液 水酸化ナトリウム(固体)
水酸化バリウム水溶液 水酸化バリウム(固体)
アンモニア水 アンモニア(気体) 刺激臭
石灰水 石灰(水酸化カルシウム) 別名は水酸化カルシウム水溶液
セッケン水 セッケン(固体)

アルカリ性を調べる指示薬

水溶液がアルカリ性かどうかを調べるには指示薬を使います。アルカリ性の場合、指示薬の色が次のように変化します。

指示薬 色の変化
赤色リトマス紙 赤色青色
BTB溶液 青色
pH試験紙 青色
フェノールフタレイン溶液 無色透明→赤色

【理科問題❶】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❶】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。

【理科問題❷】酸性・アルカリ性の水溶液の判別問題

酸性・アルカリ性の水溶液の判別問題問題右図のように、うすい塩酸、水酸化ナトリウム水溶液、食塩水、砂糖水、アンモニア水を用意し、A~Eの試験管のいずれかにそれぞれ入れた。それぞれの試験管にどの水溶液が入っているのかを調べる実験を行った。これについて、後の各問いに答えよ。

【実験1】それぞれの水溶液のにおいをかいだところ、試験管BとDからは刺激臭がした。

【実験2】それぞれの水溶液にスチールウールを入れると、試験管Dから盛んに泡が発生していた

【実験3】それぞれの水溶液にフェノールフタレイン溶液を入れると、AとBの試験管の水溶液は赤色に変色した。

【実験4】それぞれの水溶液に電極を入れ、電流が流れるか調べたところ、試験管Eのみ電流が流れなかった。

【実験5】それぞれの水溶液を蒸発皿に少しずつとり、水分がなくなるまで水分を蒸発させると、試験管( )と試験管( )の水溶液を入れた蒸発皿には白い固体が、試験管Eには黒く焦げたような固体が残った。

(1)【実験1】の下線部で水溶液のにおいをかぐとき、どのようにしてにおいをかぐか。簡単に答えよ。

(2)【実験2】の下線部で発生した泡が何という気体か調べるには、どのような操作をしてどのような結果になればよいか。簡単に答えよ。

(3)【実験4】の下線部で、水溶液に電極を入れ電流が流れるかどうか調べるとき、1つの水溶液を調べた後、次の水溶液に電極を入れる前にすることは何か。理由を含めて簡単に答えよ。

(4)【実験5】で、加熱後、蒸発皿に白い固体が残る水溶液はA~Eのどれか。記号で2つ答えよ。

(5)実験から、試験管A~Eの水溶液が何だとわかるか。すべて答えよ。

(6)試験管A~Eの水溶液で、同じ陽イオンが存在する水溶液はどれとどれか。記号で答えよ。

【解答・解説❷】酸性・アルカリ性の水溶液の判別問題

(1)手であおぐようしてかぐ。
水溶液から有毒な気体や、刺激が強い気体が発生している可能性があるので、安全のため直接かがないように気をけましょう。

(2)マッチの火を近づけると音を立てて燃える。
うすい塩酸にスチールウール(鉄)を入れると水素が発生します。水素は気体の中で最も軽い気体で、空気中で火をつけると音を出して燃え、燃えた後に水ができます。

水素の発生酸性の水溶液に金属(鉄、亜鉛、マグネシウムなど)をいれると水素が発生する!

(3)水溶液が混ざるのを防ぐため、電極を精製水で洗う。
電極を精製水で洗わずに次の水溶液を調べると、水溶液が混ざってしまいます。水道水もいろんな物質が溶けているので、何も溶けていない精製水で洗うようにしましょう。

(4)A、C
実験1と2から、試験管BとDに入っている水溶液は、Bがアンモニア水、Dがうすい塩酸だとわかります。実験4で、試験管Eに入っている水溶液は砂糖水だとわかります。したがって、残りの試験管AとCのどちらかに、水酸化ナトリウム水溶液、食塩水が入っていると判断できます。ともに固体が溶けた水溶液で、加熱後白い固体が残ります。

水溶液に溶けている物質無機物の固体(食塩や水酸化ナトリウムなど)が溶けている水溶液を加熱し水分を蒸発させると、白い固体が残ります。有機物の固体(砂糖など)が溶けている水溶液を加熱し水分を蒸発させると黒い固体が残ります。

(5)A:水酸化ナトリウム水溶液 B:アンモニア水 C:食塩水 D:うすい塩酸 E:砂糖水
試験管A…においが無く、フェノールフタレイン溶液で赤色になっていることからアルカリ性の水溶液だとわかります。これに該当するのは水酸化ナトリウム水溶液のみ。
試験管B…刺激臭で、フェノールフタレイン溶液で赤色になっていることからアルカリ性の水溶液だとわかります。これに該当するのはアンモニア水のみ。
試験管D…刺激臭で、スチールウールから水素が発生していることから、強い酸性の水溶液だとわかります。これに該当するのはうすい塩酸のみ。
試験管E…電流が流れず、加熱後に黒い固体が残っていることから、有機物が溶けていることがわかります。これに該当するのは砂糖水のみ。
試験管C…試験管A、B、C、Eに入っている水溶液がわかったので、残りの試験管Cに入っている水溶液は食塩水だとわかります。

(6)AとC
試験管Aに入っている水酸化ナトリウム水溶液は次のように電離しています。
NaOH→Na⁺+OH⁻
試験管Cに入っている食塩水は次のように電離しています。
NaCl→Na⁺+Cl⁻
両方の水溶液には、同じナトリウムイオンNa⁺が入っています。

スポンサーリンク

シェアする

スポンサーリンク
トップへ戻る