溶解、酸化・還元、酸・塩基 埼玉大学 教育学部 理科教育講座 芦田 実

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1 溶解、酸化・還元、酸・塩基 埼玉大学 教育学部 理科教育講座 芦田 実
化学の疑問・質問 溶解、酸化・還元、酸・塩基 埼玉大学　教育学部　理科教育講座 芦田　実

2 ○溶解現象と溶解度 ○酸化・還元と反応式 ○酸と塩基 高校生や大学生が分かりにくいこと、誤解していることを解説 ⇒
化学に関する質問を分類 ○溶解現象と溶解度 ○酸化・還元と反応式 ○酸と塩基 高校生や大学生が分かりにくいこと、誤解していることを解説　　⇒

3 溶解現象と溶解度 溶けるとは？

4 エタノールに対する無機化合物の溶解度 25℃ AgBr 1.6×10-6 % AgCl 1.4×10-5 %
　AgNO3 2.1 %　Ba(NO3) %　Ca(NO3)2 35 % 　CaCl2 22 %　FeCl3 67 %　KBr 2.1 % 　KCl 0.03 %　KI 1.9 %　NaBr 2.3 %　NaCl 0.15 % 28℃ 　KOH 28 %　NaOH 15 %　　　　　　　　　　　　　　⇒

5 水に対する有機化合物の溶解度 25℃ L-ｱｽｺﾙﾋﾞﾝ酸 20 % 安息香酸 0.34 % ｶﾌｪｲﾝ 2.1 %
　ｸｴﾝ酸一水和物 62 %　D-ｸﾞﾙｺｰｽ一水和物 51 % 　ｸﾞﾘｼﾝ 20 %　ｺﾊｸ酸 7.5 %　ｼｭｳ酸二水和物 10 % 　ｼｮ糖 67 %　尿素 55 %　ﾌﾀﾙ酸 0.72 %　ﾏﾛﾝ酸 62 % 　ﾅﾌﾀﾚﾝ %　ﾋﾄﾞﾛｷﾉﾝ 7.0 %　ﾏﾚｲﾝ酸 44 % 20℃ 　ｽﾃｱﾘﾝ酸 %　　ﾊﾟﾙﾐﾁﾝ酸 %　　　⇒

6 質問20 油をエタノールと水の混合溶媒に溶かすには？
質問20 　 油をエタノールと水の混合溶媒に溶かすには？ 回答 　エタノールの量が少ないと、油の微粒子が水 　中に分散して白く濁る 　放置すれば、水と油が２層に分離する 　エタノールを増やすか、界面活性剤等を添加 　すれば油が溶ける　　　　　　　　　　　　　　　⇒

7 ３成分系の溶解度

8 種々の液体の相互溶解度

9 種々の液体の相互溶解度

10 種々の液体の相互溶解度

11 ３成分系の溶解度

12 ３成分系の溶解度

13 酸化・還元と反応式 反応する？ しない？

14 質問141（続） 銀の指輪を温泉につけたら黒くなった。アルミの鍋で 食塩水で煮たら元に戻った。なぜ？
質問141（続） 　銀の指輪を温泉につけたら黒くなった。アルミの鍋で 　食塩水で煮たら元に戻った。なぜ？ 回答（続）　 （塩基性の場合） 　標準電極電位（正値の反応ほど右に進む） 　(1) Al3+ + 3e- → Al V 　(2) Ag2S + 2e- → 2Ag + S V 　(3) S + 2e- → S V 　(4) S + 2H+ + 2e- → H2S(g) V 　(5) Ag+ + e- → Ag V 　温泉につけると硫化銀が生じ黒ずむ。塩基性温泉な 　ら式(2)が左に、式(3)が右に進む。式(5)は反応しない 　2Ag + S2- + S → Ag2S + S2- 　∴　2Ag + S → Ag2S　　　　　　　　　　　　　　　　　　⇒

15 質問32 イオウと鉄を混ぜて加熱すると、磁石で分離 し難くなるのはなぜ？
質問32 　 　イオウと鉄を混ぜて加熱すると、磁石で分離 　し難くなるのはなぜ？ 回答 　イオウと鉄から硫化鉄ができる（新しい１つの化合物） 　硫化鉄は、組成により反強磁性～フェリ磁性と変化 　固体反応は遅いので、粒子内部に反応物が残存？ 　接触部分で反応するので，硫化鉄が粒子同士を接着する　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⇒

16 質問170（続） 水溶液と金属の反応？ ③ AgNO3aq + Cu ④ Pb(CH3COO)2aq + Zn
回答（続） ③ Cu2+ + 2e- → Cu　　+0.34V 　　Ag+ + e- → Ag　　　 +0.80V 　　∴　2Ag+ + Cu → 2Ag + Cu2+ ④ Zn2+ + 2e- → Zn　　-0.76V 　　Pb2+ + 2e- → Pb　　-0.13V 　　∴　Pb2+ + Zn → Pb + Zn2+　　　　　　　　⇒

17 質問73 酸化された物質、還元された物質と電子の授受 の関係？ Cu + Cl2 → CuCl2
回答 　電気陰性度が異なるのでイオン結合　Cu2+(Cl-)2 　Cu → Cu2+ + 2e-　　Cl2 + 2e- → 2Cl- 　銅が塩素により銅イオンに酸化された 　塩素が銅により塩素イオンに還元された 　相手に電子を与えた(還元した)＝自分は酸化された 　電子を奪った(酸化した)＝還元された　　　　　　⇒

18 質問73（続） 酸化された物質、還元された物質と電子の授受 の関係？ Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe
回答（続） 　電気陰性度が異なるので酸化物がイオン結合 　(Fe3+)2(O2-)3　　(Al3+)2(O2-)3 　Fe3+ + 3e- → Fe　　O2- → O2-　　Al → Al3+ + 3e- 　Fe3+ が Al により Fe に還元された 　Al が Fe3+ により Al3+ に酸化された 　O2- は酸化も還元もされていない　　　　　　　　⇒

19 酸と塩基 ｐＨとは？

20 質問225（続）　ｐＨ曲線と[H+]、[OH-] （仮想的計算） HCl-NaOH系　初濃度C＝1mol/L　Kw＝1×10-2mol2/L2と仮定

21 質問195 pH9の水溶液10mLとpH10の水溶液20mLを混合 したらpHは？ 電離度は１とする
回答 　水素イオン濃度[H+]とpHの関係は 　pH = -log10[H+]　⇔　[H+] = 10-pH 　水の電離平衡とイオン積　H2O ⇔ H+ + OH- 　Kw = [H+][OH-] = 1×10-14 （25℃） 　塩基性でpHを決めるのは[OH-] 　混合前の[OH-]から混合後（体積変化）の[OH-]を求め、 　それからpHを求める 　最後の答え　pH＝9.84　　　　　　　　　　　　　　　　　　⇒

22 質問130 一塩基酸を極端に薄めた場合、pHはどうなるの？ 硫酸よりチオ硫酸の方が酸性が低いのはなぜ？
回答　（希釈） 　一塩基酸HAの電離平衡 HA ⇔ H+ + A- より、 　電離定数は Ka = [H+][A-]／[HA] 　水の電離平衡 H2O ⇔ H+ + OH- より、水の 　イオン積 Kw = [H+][OH-] = 1×10-14(25℃) 　物質収支の均衡より、希釈後のHAの初濃度 　C = [HA] + [A-] 　電気的中性より [H+] = [OH-] + [A-]　　　　　⇒

23 質問130（続） 一塩基酸を極端に薄めた場合、pHはどうなるの？ 硫酸よりチオ硫酸の方が酸性が低いのはなぜ？
回答（続）　（希釈） 　以上の式より Ka = [H+][A-]／[HA] 　= [H+]([H+]2-Kw)／(C[H+]-[H+]2+Kw) 　∴　[H+]3 + Ka[H+]2 - (CKa+Kw)[H+] - KaKw = 0 　上式は弱酸でも強酸でも成り立つ 　[H+]を試行錯誤に求めるか、3次式のCardanの解法 　を使う 　希釈倍率が大きくなるほど純水のpHに近づく 　CO2の影響で、実際の純水はpH=6前後である　⇒

24 質問130（続） 一塩基酸を極端に薄めた場合、pHはどうなるの？ 硫酸よりチオ硫酸の方が酸性が低いのはなぜ？
回答（続）　（チオ硫酸） 　チオ硫酸の方が酸素の数が少ない 　S-S結合に電子の偏りを生じない 　S-O結合では酸素がマイナス気味になり、酸素の 　数が多いほど酸素が協力してS-O-HのO-H結合 　の電子を引っ張り、水素イオンが生じやすくなる　⇒

25 質問135 中和実験に使用するBTBとNaOHの代用品は？
回答 　BTBの代用　ムラサキツユクサ、赤ジソ、ムラサキ 　キャベツ等の汁 　NaOHの代用　せっけん水、木灰汁、NaHCO3（ふくら 　し粉）、虫さされ薬（NH3）、石灰（発熱注意）、洗剤等 　酸性の薬品　食酢、レモン、梅干し、炭酸水、トイレ 　用洗剤等　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⇒

26 BTB水溶液（青色） 0.04%BTB＋0.006%NaOH
回答 　BTB水溶液（青色）　0.04%BTB＋0.006%NaOH 　pH指示薬　メチルオレンジ（pH=3.1～4.4）、メチルレッド（pH= 　4.2～6.3）、ニュートラルレッド（pH=6.8～8.0）、クレゾールレッド 　（pH=7.2～8.8）、フェノールフタレイン（pH=8.3～10.0）、リトマス 　日用品　ムラサキキャベツ、アカジソ、ムラサキツユクサ、 　ムラサキゴテン、ターメリック（ウコン）等の汁、 　ぶどうジュース、紅茶　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　⇒

27 終わり