技能一覧 › 高校化学 酸と塩基

酸・塩基の価数と強弱

化学式から酸・塩基の価数を求め、代表的な酸・塩基が強酸・弱酸・強塩基・弱塩基のどれかを判定できる

前提

• 酸・アルカリと中和・指示薬 （中学理科 化学分野の用語と知識）

説明

なぜそうしてよいのか

手順

1. 酸か塩基かを見分ける（${\mathrm{H}}^{+}$ を出すなら酸、$\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ を出すか ${\mathrm{H}}^{+}$ を受け取るなら塩基）

2. 酸なら、${\mathrm{H}}^{+}$ として出ていける H の数を数える（$-\mathrm{COOH}$ をもつ有機の酸では $-\mathrm{COOH}$ の数）。これが酸の価数

3. 塩基なら、化学式中の $\mathrm{OH}$ の数（$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ のように $\mathrm{OH}$ を含まないものは受け取る ${\mathrm{H}}^{+}$ の数）を数える。これが塩基の価数

4. 代表的な強酸（$\mathrm{HCl}$、$\mathrm{HN}{\mathrm{O}}_3$、${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ など）・強塩基（$\mathrm{NaOH}$、$\mathrm{KOH}$、$\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}{)}_2$、$\mathrm{Ba}(\mathrm{OH}{)}_2$ など）に入っているかを確かめ、入っていなければ弱酸・弱塩基と判定する

例題

よくある誤り

• 化学式中の H の数をすべて価数としてしまう誤り。酢酸 $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}$ を 4 価としてしまう。正しくは ${\mathrm{H}}^{+}$ になれるのは $-\mathrm{COOH}$ の H だけなので 1 価（$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{COOH}\rightleftarrows \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}^{+}$）。

• $\mathrm{OH}$ を含まないアンモニアを塩基でない、または 0 価としてしまう誤り。正しくは $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftarrows \mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ で ${\mathrm{H}}^{+}$ を 1 個受け取るので 1 価の塩基（弱塩基）。

• 価数が大きいほど強い酸・塩基だとしてしまう誤り。${\mathrm{H}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4$（3 価）を強酸、$\mathrm{HCl}$（1 価）を弱酸としてしまう。正しくは強弱は電離の度合いで決まり、$\mathrm{HCl}$ は 1 価の強酸、${\mathrm{H}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4$ は 3 価の弱酸。

• 水に溶けにくい水酸化物も強塩基としてしまう誤り。$\mathrm{Cu}(\mathrm{OH}{)}_2$ や $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}{)}_3$ を強塩基としてしまう。正しくはこれらは弱塩基で、強塩基は $\mathrm{NaOH}$、$\mathrm{KOH}$、$\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}{)}_2$、$\mathrm{Ba}(\mathrm{OH}{)}_2$ など。

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

• 難易度 1（教科書の例題レベル）

  $25^{\circ }\mathrm{C}$ において、モル濃度 $5.0\times 10^{-3}mol/L$ の硫酸 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$ 水溶液がある。硫酸は強酸であり、この水溶液中で 2 段階とも完全に電離しているものとする。この水溶液の水素イオン濃度 $[{\mathrm{H}}^{+}]$ は何 $mol/L$ か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、水の電離によって生じる ${\mathrm{H}}^{+}$ は無視できるものとする。

この技能を使う問題

• 難易度 2（教科書の章末問題レベル）

  $25^{\circ }\text{C}$ で、次の (a)〜(f) の組み合わせについて、それぞれ酸の水溶液 $10\text{mL}$ と塩基の水溶液 $10\text{mL}$ を混合した。用いた水溶液の濃度はすべて $0.10\text{mol/L}$ である。

  (a) 塩酸 $\text{HCl}$ と水酸化ナトリウム $\text{NaOH}$ 水溶液

  (b) 酢酸 ${\text{CH}}_3\text{COOH}$ 水溶液と水酸化ナトリウム $\text{NaOH}$ 水溶液

  (c) 塩酸 $\text{HCl}$ とアンモニア ${\text{NH}}_3$ 水

  (d) 硫酸 ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ と水酸化ナトリウム $\text{NaOH}$ 水溶液

  (e) 硝酸 ${\text{HNO}}_3$ と水酸化バリウム ${\text{Ba(OH)}}_2$ 水溶液

  (f) 硫酸 ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ と水酸化バリウム ${\text{Ba(OH)}}_2$ 水溶液

  混合後の水溶液（沈殿が生じた場合はその上澄み液）が酸性を示す組み合わせは何通りあるか。ただし、強酸・強塩基は水溶液中で完全に電離しているものとする。

• 難易度 3（共通テストレベル）

  希薄な水溶液中での強酸と強塩基の中和は、次の反応エンタルピーを付した反応式で表されるものとする。
  $${\text{H}}^{+}(\text{aq})+{\text{OH}}^{-}(\text{aq})⟶{\text{H}}_2\text{O}(\text{液})\Delta H=-56\text{kJ}$$

  $0.20\text{mol/L}$ の希硫酸 ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ $100\text{mL}$ と、$0.30\text{mol/L}$ の水酸化ナトリウム $\text{NaOH}$ 水溶液 $100\text{mL}$ を、同じ温度で一定圧力のもとで混合した。このとき中和によって発生する熱量は何 kJ か。硫酸は水溶液中で完全に電離して ${\text{H}}^{+}$ を 2 つ放出し、中和は上の反応式だけで起こり、反応できる分はすべて反応するものとする。中和以外の熱の出入り（溶液の希釈による熱など）は無視する。有効数字 2 桁で求めよ。

この技能の次に学べること

• 強酸・強塩基の水素イオン濃度と水のイオン積 （高校化学 酸と塩基）
• 中和の量的関係 （高校化学 酸と塩基）
• 塩の分類と水溶液の液性 （高校化学 酸と塩基）
• 中和で発生する熱量と過不足 （高校化学 化学反応とエネルギー）