酸·塩基反応

Acid-Base Reaction

酸は水に溶けて水素イオンを放出し、塩基は水酸化物イオンを放出します。 pHは水素イオン濃度の対数で定義され、7より小さいと酸性、等しいと中性、大きいと塩基性です。酸と塩基が出会うと、H⁺とOH⁻が結合して水になる中和反応が起こります。このページではスライダーで水素イオン濃度と酸の体積を変え、pHスケールと中和曲線を自分の目で確かめます。

酸と塩基とは?

💡 アレニウスの定義

①酸:水中でH⁺(水素イオン)を放出する物質

②塩基:水中でOH⁻(水酸化物イオン)を放出する物質

③HCl → H⁺ + Cl⁻(酸)

④NaOH → Na⁺ + OH⁻(塩基)

pHスケール

[H⁺]指数 (10^-n)3

pHの定義

pH = -log[H⁺]

[H⁺]:水素イオンモル濃度[M]

水の自己イオン化

[H⁺] × [OH⁻] = K_w = 1.0 × 10⁻¹⁴ (25℃)

純水:[H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ M → pH = 7

🔍 スライダーで確認!

①pH < 7:酸性([H⁺] > [OH⁻])

②pH = 7:中性([H⁺] = [OH⁻])

③pH > 7:塩基性([H⁺] < [OH⁻])

④pHが1変わると[H⁺]は10倍変わる

中和反応

HCl体積5 mL

中和反応

H⁺ + OH⁻ → H₂O

酸のH⁺と塩基のOH⁻が出会って水を形成

中和点条件

n_酸 × 価数 = n_塩基 × 価数

CV(酸) × a = CV(塩基) × b

💡 中和滴定の核心

①10 mL NaOH + 10 mL HCl → 完全中和(pH=7)

②酸過剰 → pH < 7、塩基過剰 → pH > 7

③中和点で温度最大(発熱反応)

④中和滴定:濃度未知の溶液の濃度決定

実際に解いてみる

例題 1

0.01 M 塩酸(HCl)水溶液の pH を求めよ。(HCl は強酸、完全電離)

HCl は強酸なので完全に電離し、[H⁺] は濃度に等しい。

[H⁺] = 10⁻² M

pH = −log[H⁺] に代入する。

pH = −log(10⁻²) = 2

▸ pH = 2

強酸では濃度がそのまま水素イオン濃度なので、指数の符号を変えるだけで pH が出る。

例題 2

0.001 M 水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液の pH を求めよ。(25℃)

NaOH は強塩基なので [OH⁻]=10⁻³ M、pOH=3。

[OH⁻]=10⁻³ M, pOH=3

pH + pOH = 14 の関係を使う。

pH = 14 − 3 = 11

▸ pH = 11

塩基ではまず pOH を求め、14 から引けば pH が出る。

総まとめ

pH計算

pH = -log[H⁺]

pH + pOH = 14 (25℃)

2023 評価院模試化学Ⅰ 類題

0.1 M HCl 水溶液 100 mL を中和するのに必要な 0.1 M NaOH 水溶液の体積は?

①50 mL

②100 mL

③150 mL

④200 mL

⑤250 mL

▸ ② 100 mL

中和点では n(H⁺)=n(OH⁻) が成り立つ。

HCl のモル数を求め、同じモル数の NaOH の体積を計算する。

n(HCl)=0.1×0.1=0.01 mol → V(NaOH)=0.01/0.1=0.1 L

🎯 試験ポイント

①pH = -log[H⁺]を必須暗記

②pH 1差 = [H⁺] 10倍差

③中和反応:H⁺ + OH⁻ → H₂O(イオン反応式)

④中和点:n_酸 × 価数 = n_塩基 × 価数

⑤強酸+強塩基 → pH=7、弱酸+強塩基 → pH>7