　理科３年　化学

酸アルカリ

[要点－酸、アルカリ]

①酸：
(1)定義: 水に溶けると水素イオン（H⁺）を放出する物質。
(2)特徴: 酸味があり、金属と反応して水素ガスを発生させる。
(3)例:
塩酸（HCl）: 塩化水素が水に溶けたもの。
硫酸（H₂SO₄）: 車のバッテリーに使われる。
酢酸（CH₃COOH）: お酢の成分。
(4)性質:
1.青色リトマス紙を赤色に変える。
2.pH < 7（pHが低いほど酸性が強い）。
3.鉄や亜鉛などの金属を溶かす。

②アルカリ：
(1)定義: 水に溶けると水酸化物イオン（OH⁻）を放出する物質。
(2)特徴: 苦味があり、滑りやすい感じがある。
(3)例:
水酸化ナトリウム（NaOH）: 石けんの製造に使われる。
アンモニア（NH₃）: 窓用洗剤に含まれる。
炭酸ナトリウム（Na₂CO₃）: 洗剤やガラスの製造に使われる。
(4)性質:
1.赤色リトマス紙を青色に変える。
2.pH > 7（pHが高いほどアルカリ性が強い）。
3.酸と中和反応を起こす。

酸・アルカリとイオン

①酸：
(1)定義: 酸は水に溶けると水素イオン (H⁺) を放出する物質。
(2)例: 塩酸 (HCl)、硫酸 (H₂SO₄)、酢酸 (CH₃COOH) など。
(3)特性:
1.酸味がある
2.pHが7未満
3.青色リトマス紙を赤色に変える
4.金属と反応して水素を発生させる

②アルカリ：
(1)定義: アルカリは水に溶けると水酸化物イオン (OH⁻) を放出する物質。
(2)例: 水酸化ナトリウム (NaOH)、水酸化カルシウム (Ca(OH)₂)、アンモニア (NH₃) など。
(3)特性:
1.苦味がある
2.pHが7以上
3.赤色リトマス紙を青色に変える
4.脂肪と反応して石けんを生成する

③pHと中和反応：
(1)pH: 水溶液の酸性度やアルカリ性度を示す指標。0から14までの範囲で表される。
酸性: pH < 7
中性: pH = 7
アルカリ性: pH > 7
(2)中和反応: 酸とアルカリが反応して、水と塩を生成する反応。

④イオン:
電子を失ったり得たりして電荷を持つようになった原子や分子。
(1)陽イオン: 電子を失って正の電荷を持つ。
例: ナトリウムイオン (Na⁺)、カルシウムイオン (Ca²⁺)

(2)陰イオン: 電子を得て負の電荷を持つ。
例: 塩化物イオン (Cl⁻)、水酸化物イオン (OH⁻)

(3)イオンの形成：
1.電子の移動: 原子が電子を失ったり得たりすることでイオンになる。
2.陽イオン形成: 電子を失う (例: Na → Na⁺ + e⁻)
3.陰イオン形成: 電子を得る (例: Cl + e⁻ → Cl⁻)

①pH：
水溶液の性質を表す数値で、水素イオン指数ともいいます。
(1)定義: pHは水溶液の酸性度やアルカリ性度を示す指標です。
水素イオン濃度（[H⁺]）を元に算出されます。
(2)範囲: 0から14までのスケールで表されます。
(3)酸性: pHが7未満。水素イオン（H⁺）が多い。
(4)中性: pHが7。純水など。
(5)アルカリ性: pHが7より大きい。水酸化物イオン（OH⁻）が多い。

　

②pHの測定方法：
pH試験紙: 色の変化で酸性・アルカリ性を確認します。
(1)赤色リトマス紙: 酸性の溶液で青色に変わる。
(2)青色リトマス紙: アルカリ性の溶液で赤色に変わる。
(3)pH指示薬：（例: フェノールフタレイン、BTB溶液）
色の変化で特定のpH範囲を示す。

中和－中和とは

①中和反応：
酸とアルカリが反応して、中性に近いpHに達する反応。
水と塩が生成されます。

②例: 塩酸 (HCl) と水酸化ナトリウム (NaOH) が反応して、
水と塩化ナトリウム (NaCl) を生成。

　

(1)水溶液中にH^＋(水素イオン)とOH^－(水酸化物イオン)があると、
この2つのイオンはすぐに結びつく。

(2)すなわち、H^＋＋OH^－ → H2Oという反応が起こって水ができる。
この反応を中和という。

(3)例えば、塩酸(HCl → H^＋＋Cl^－)の中に、
水酸化ナトリウム水溶液(NaOH → Na^＋＋OH^－)を入れると、
H^＋＋OH^－ → H2Oという反応(中和)が起こる。

(4)水溶液中のH^＋(水素イオン)とOH^－(水酸化物イオン)がすべて結びつくと、
水溶液中には、H^＋もOH^－も存在しなくなるため、水溶液は中性を示す。

中和とBTB溶液の変化

①BTB溶液：
(1)名称: BTB溶液（ブロモチモールブルー溶液）
(2)用途: pH指示薬として、溶液のpHを色の変化で示します。
(3)BTB溶液の色の変化：
BTB溶液はpHに応じて色が変わり、酸性、中性、アルカリ性を視覚的に判別できます。

②BTB溶液の色：

pH範囲	色
酸性（6.0未満）	黄
中性（6.0 - 7.6）	緑
アルカリ性（7.6以上）	青

③BTB溶液の使い方：
(1)試験溶液を準備: 調べたい溶液を試験管やビーカーに用意します。
(2)BTB溶液を加える: 試験溶液にBTB溶液を数滴加えます。
(3)色の観察: 色の変化を観察し、pHを判断します。

④BTB溶液の化学的な特徴：
(1)酸性での色の変化:
BTB溶液の酸性下では、水素イオン (H⁺) と反応し、黄色になります。

(2)中性での色の変化:
中性の条件では、BTBは緑色を示します。

(3)アルカリ性での色の変化:
アルカリ性下では、水酸化物イオン (OH⁻) と反応し、青色になります。

⑤BTB溶液と他のpH指示薬との違い：
(1)フェノールフタレイン: 主に酸性を示さず、アルカリ性で無色から赤紫色に変わる。
(2)メチルオレンジ: 酸性で赤色、アルカリ性で黄色に変わる。
(3)BTB溶液: 広いpH範囲で色が変化し、酸性からアルカリ性まで視覚的にpHを判別できる。

[要点－中和とイオン]

①中和：
酸とアルカリが互いの性質を打ち消し合う反応のことです。
具体的には、酸性の水溶液中にある水素イオン (H⁺) と、
アルカリ性の水溶液中にある水酸化物イオン (OH⁻) が結びついて水 (H₂O) が生じます。
このとき、水以外にもう一つ物質が生じることがあります。
それが塩です。

②酸：
水に溶けると酸性になる物質で、酸性の溶液は青色のリトマス紙を赤色に変えたり、
鉄やマグネシウムなどの金属を加えると水素が発生したりします。

③アルカリ：
水に溶けるとアルカリ性になる物質で、アルカリ性の溶液は赤色のリトマス紙を青色に変えたり、
フェノールフタレイン液を赤色に変えたりします。

④中和が起こると必ず水ができ、
さらに酸の陰イオンとアルカリの陽イオンが結びついて塩ができます。
例えば、塩酸と水酸化ナトリウムの中和では、水と共に塩化ナトリウム（食塩）ができます。

中和とイオン数の変化

①例題：
[問題]
次の図はA液にB液を加えたときのようすを示している。
A液は塩酸、B液は水酸化ナトリウム水溶液である。

　

(1) ①～④の水溶液はそれぞれ何性か。
(2) ④の水溶液にフェノールフタレイン溶液を加えると何色になるか。
(3) 塩酸(A液)に水酸化ナトリウム水溶液(B液)を加えていくとき、
まぜ合わせたビーカーの中のイオンの数はどのように変化するか。
次のア～エについて、そのようすを表したグラフとして、
適切なものを上右図のA～Dからそれぞれ選べ。

　　ア　H^＋　　イ　Cl^－　　ウ　Na^＋　　エ　OH^－

[解答]
(1)① 酸性　② 酸性　③ 中性　④ アルカリ性　
(2) 赤色　
(3)ア B　イ C　ウ A　エ D

[解説]
(1)(2)
H^＋があるとき酸性、OH^－があるときアルカリ性になる。
①と②はH^＋があるので酸性である。
③はH^＋もOH^－もないので中性である。
④はOH^－があるのでアルカリ性である。
フェノールフタレイン溶液はアルカリ性では赤色になる。

(3)
まず、H^＋とOH^－について考える。
塩酸のH^＋イオンは、中和が進むにつれて減少し、中性になった時点ですべてなくなり、
以降は0のままである。したがって、BがH^＋を表す。
少しずつ加えていく水酸化ナトリウム水溶液の中のOH^－は、
H^＋が残っている間は、加えるとすぐにH^＋＋OH^－ → H2Oの中和がおこるために、
中性になるまでの間は0のままである。

中性になった後は、H^＋がないために、中和がおこらず、そのまま増加していく。
したがって、OH^－のグラフはDのようになる。

次に、Cl^－とNa^＋について考える。
Cl－は増えることはなく、また、ほかのイオンと結合することもないため、
グラフのCのように一定のままである。

加える水酸化ナトリウム水溶液(NaOH)の中のNa^＋は
ほかのイオンと結合することがないので、グラフAのように直線的に増加していく。

　

中和の計算問題

①例題：
[問題]
ある濃度の塩酸15cm³に、ある濃度の水酸化ナトリウム水溶液を10cm³加えたときに、
過不足なく中和がおこり、混合液は中性になった。

(1) この塩酸15cm³に、この水酸化ナトリウム水溶液を15cm³加えると、
水溶液は何性になるか。
(2) (1)の水溶液を中性にするには、
塩酸、水酸化ナトリウム水溶液のどちらの液を何cm³加えたらよいか。

[解答]
(1) アルカリ性　
(2) 塩酸を7.5cm³加える。

[解説]
(1)水酸化ナトリウム水溶液を10cm³加えたとき、過不足なく中和がおこり、
水溶液は中性になる。
さらに、水酸化ナトリウム水溶液を加えると、水溶液はアルカリ性になる。

(2)「ある濃度の塩酸15cm³に、ある濃度の水酸化ナトリウム水溶液を10cm³加えたときに、
過不足なく中和がおこり」とあるので、過不足なく中和するときの2つの水溶液の体積比は、
(塩酸)：(水酸化ナトリウム水溶液)
＝15：10
＝3：2
＝1.5：1である。

したがって、水酸化ナトリウム水溶液15cm³と過不足なく中和する塩酸は、
15(cm³)×1.5＝22.5(cm³)である。

よって、過不足なく中和させるためには、
塩酸を、22.5(cm³)－15(cm³)＝7.5(cm³)加えればよい。