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高校化学基礎酸と塩基の定義—水素イオンの授受から反応の役割を区別する｜武蔵野個別指導塾

公開 2026.11.11更新 2026.11.12武蔵野個別指導塾の特徴高校の定期テスト化学基礎単元別

アンモニアと水の反応でH⁺の移動を追い、水が酸にも塩基にもなる理由と、共役な粒子の対応を確かめます。

よくあるのは、アンモニアの化学式にOHがないので塩基ではないと考え、反応式の前で手が止まる場面です。水溶液中に水酸化物イオンが生じることと、もとの物質の式にOHが書かれていることは同じではありません。水素イオンがどの粒子からどの粒子へ移ったかを追うと、アンモニアと水の役割が見えてきます。

問いの形を先に見分ける

酸と塩基の定義を問う問題には、まず物質を定義に照らして分類する型があります。アレニウスの定義では水溶液中で何が生じるかを見ます。ブレンステッドの定義では反応相手を含む式を見て、水素イオンを渡す側と受け取る側を決めます。どちらの定義を使うかが問題文に書かれていれば、その条件を答えに残しましょう。

次に、反応式の左右を比べて酸と塩基を指定する型があります。反応物の水素の数だけでなく電荷も見て、水素イオンH⁺が1個移った対応を探します。生成物を先に酸と決めるのではなく、指定された反応の向きと、どの粒子について問われているかを確かめます。

もう1つは、同じ水が異なる反応で何をするかを説明する型です。水という名前からいつも同じ役割を決めると誤ります。相手にH⁺を渡したのか、相手からH⁺を受け取ったのかを反応ごとに調べます。ここでは定義と授受に範囲を絞り、酸や塩基の強弱の計算には進みません。

水溶液の見方と授受の見方

アレニウスの定義では、水溶液中で電離してH⁺を生じる物質を酸、OH⁻を生じる物質を塩基とします。たとえば塩化水素HClは水に溶けるとH⁺とCl⁻を生じ、水酸化ナトリウムNaOHは水溶液中でNa⁺とOH⁻に分かれます。これらの式は水溶液中の変化を簡略に表したものです。H⁺を単独の粒子として水中に放置するという意味ではありません。

ブレンステッドの定義では、H⁺を与える粒子を酸、H⁺を受け取る粒子を塩基と呼びます。対象は分子にもイオンにも及びます。H⁺は水素原子から電子を除いたもので、電荷は正です。式を比べるときには、水素原子の数が1個変わり、電荷もH⁺を受け取ると1だけ正の方向に変わることを合わせて確かめます。

図1のように、酸から塩基へH⁺が移ります。酸はH⁺を渡した後の粒子に、塩基はH⁺を受け取った後の粒子に変わります。この前後の対応を共役な酸塩基の組と呼びます。図は粒子の実際の大きさや配置を示すものではなく、授受の関係を表した模式図です。

図1で矢印はH⁺の移動を表し、電子の移動を意味しません。例えば一般形のHA + B → A⁻ + BH⁺では、HAとA⁻、BとBH⁺がそれぞれ対応します。左辺の電荷の合計は0、右辺も負1と正1で0です。原子と電荷の両方が保たれるかを確認すると、対応を取り違えたときに気づけます。

水中でH⁺を受け取った水はH₃O⁺と表せます。水溶液でH⁺と略記する場合も、授受を詳しく表す場合も、何がH⁺を渡し何が受け取ったかは同じです。定義の名前を問われたら、水溶液中で生じるイオンに注目したのか、粒子間の授受に注目したのかを説明に添えましょう。

基本例題：アンモニアは何を受け取るか

問題：水中で次の右向きの変化を考えます。NH₃とH₂Oのうち、ブレンステッドの酸と塩基をそれぞれ1つずつ選び、H⁺の移動先を示してください。また、生成するOH⁻の由来を、水を使って説明してください。

NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH⁻

最初にNH₃に対応する生成物を探します。窒素を含むNH₄⁺と比べると、水素が3個から4個に増えています。電荷も0から正1へ変わっているため、NH₃はH⁺を1個受け取ったと読み取れます。

NH₃ + H⁺ → NH₄⁺

次に水の前後を比べます。H₂Oに含まれる水素は2個で、OH⁻には1個です。水がH⁺を1個与えると、残る粒子はOH⁻になります。

H₂O → H⁺ + OH⁻

この2行を合わせると、途中で受け渡されるH⁺が左右に現れ、もとの反応式に戻ります。図2のように、水からアンモニアへH⁺を移して考えると、どちらの変化も同時に説明できます。

したがって答えは、酸がH₂O、塩基がNH₃です。OH⁻は水がH⁺を失って生じます。アンモニアの式にOHが含まれていなくても、水と反応してOH⁻を生じるため、その水溶液は塩基性を示します。図2の左右で窒素は1個、酸素は1個、水素は合計5個です。電荷の合計も左辺0、右辺は正1と負1で0です。

矢印の右にあるNH₄⁺とOH⁻も、元の粒子との対応で読むことができます。NH₄⁺はNH₃がH⁺を受け取った粒子、OH⁻はH₂OがH⁺を渡した粒子です。反応物の役割を聞かれたのに生成物を書かないよう、問題の対象に印を付けます。逆向きの変化を問う場合は、NH₄⁺がH⁺を与え、OH⁻が受け取ると読み直します。

役割が切り替わる場所

問題：次の右向きの変化について、反応物のH₂OとHClのうち、ブレンステッドの酸と塩基をそれぞれ選んでください。さらに生成物との対応を2組書き、H₂Oの役割が基本例題と異なる理由をH⁺という記号を使って説明してください。

HCl + H₂O → Cl⁻ + H₃O⁺

まずHClとCl⁻を比べます。塩素を含む粒子から水素が1個減り、電荷は0から負1になっています。HClがH⁺を渡したことに対応する変化です。次にH₂OとH₃O⁺を比べると、水素が1個増え、電荷は0から正1です。H₂OがそのH⁺を受け取ったと読めます。

HCl → H⁺ + Cl⁻

H₂O + H⁺ → H₃O⁺

よって酸はHCl、塩基はH₂Oです。対応する組はHClとCl⁻、H₂OとH₃O⁺です。左右で塩素は1個、酸素は1個、水素は3個ずつあり、電荷の合計も両側で0です。生成物から逆にH⁺を移せば、HClとH₂Oに戻ることも確認できます。

基本例題では水はNH₃にH⁺を与えたため酸でした。ここでは水はHClからH⁺を受け取るため塩基です。同じ水が酸にも塩基にもなれるのは、名前が変わるからではなく、相手との間で担う授受の向きが変わるからです。水の役割を固定して暗記するのではなく、反応式ごとに前後を対応させます。

両方の例で水素の増減だけを見れば答えに近づきますが、電荷も確かめることが必要です。H⁺が移るのに電荷が変わらない対応を作った場合、別の粒子を組にしている可能性があります。また、酸と塩基は同じ方向の反応で対にして判断します。一方は左から右、もう一方は右から左で判定すると、同じH⁺の受け渡しを説明できません。

誤答を戻して直す

誤答は「NH₃にはOHがないので塩基ではない」です。原因は、塩基性の水溶液にOH⁻が存在することと、溶かす前の物質の化学式にOHがあることを同じ条件にした点です。修正するときは、図3のように水との反応を書き、NH₃がH⁺を受け取ることと水からOH⁻が生じることを別々に追います。

図3の矢印は、NH₃が水と反応した結果を示します。OH⁻をNH₃の中から取り出す矢印ではありません。ブレンステッドの定義に沿った修正文は「NH₃は水からH⁺を受け取るので塩基」です。水溶液中にOH⁻が生じる理由も添えると、式の情報と定義がつながります。

別の誤りは「H₂Oは常に酸」とすることです。水がH⁺を受け取る反応では塩基になります。まず生成物に水素が増えたか減ったかを確認し、電荷の変化を添えて理由を直しましょう。共役な組を交差させてHClとH₃O⁺を組にする誤りも、塩素や酸素がどちらへ移ったかを見れば修正できます。

式が途中で合わなくなったときは、無理にH⁺を増やさず、対応した2粒子の原子と電荷を数え直します。酸と塩基の両方がH⁺を受け取ったと読めた場合も、授受の相手が見つかっていません。渡す側と受け取る側を同じH⁺で結び直すと、どこで読み違えたかを調べられます。

対応を見つけられないときの点検

反応式を見ても相手が見つからない場合は、まず水素以外の原子の種類に注目します。その原子を含む粒子を左右で対応させた後、水素の数の差を調べます。水素が1個減った側はH⁺を与える候補、1個増えた側は受け取る候補です。続けて電荷がそれぞれ1だけ負の方向、正の方向に変わったかを確かめます。

ただし、原子の種類が似ているという理由だけで組を決めるのは早計です。選んだ組の中で水素以外の原子数が変わっていないか、もう一方の組でも同じH⁺の授受が成立するかを見ます。2組がそろわなければ、反応物と生成物の対応を引き直します。この手順は答えの名称を思い出せないときにも使えます。

定義の問題では、水溶液で生じたOH⁻を見た後に、そのOH⁻がどの粒子からできたかまでたどると理解が確かになります。OH⁻が見つかったことと、もとの塩基がOHを含むことは別の情報です。また、H⁺の授受を表す式では、矢印の向きが逆になると酸と塩基の役割も入れ替わります。問題文が指定する向きを読み落とした場合は、左右を入れ替えて判定し直してください。

自分で試す4問

次の各式は示した向きに読みます。酸と塩基の指定にはブレンステッドの定義を使い、問われた数の粒子を答えてください。

HNO₃ + H₂O → NO₃⁻ + H₃O⁺ について、反応物の酸と塩基を1つずつ選び、H⁺を渡す粒子と受け取る粒子を記してください。
HCO₃⁻ + H₂O → CO₃²⁻ + H₃O⁺ について、反応物の水の役割を酸または塩基から1つ選び、水素数と電荷の変化を使って理由を書いてください。
HSO₄⁻ + NH₃ → SO₄²⁻ + NH₄⁺ について、共役な酸塩基の組を2組書き、左右の電荷の合計を整数で示してください。
CH₃COO⁻ + H₂O → CH₃COOH + OH⁻ について、反応物の酸と塩基を1つずつ選び、水が変化した生成物を1つ書いてください。

答えと道筋

酸はHNO₃、塩基はH₂Oです。HNO₃がH⁺を渡してNO₃⁻となり、H₂Oが受け取ってH₃O⁺となります。生成物からH⁺を逆に移すと元の2粒子に戻ります。左右で水素は3個、窒素は1個、酸素は4個で、電荷の合計はどちらも0です。
水は塩基です。H₂OからH₃O⁺になると水素が1個増え、電荷が0から正1になるので、H⁺を受け取っています。HCO₃⁻はH⁺を渡してCO₃²⁻になり、電荷は負1から負2へ変わります。左右で水素は3個、炭素は1個、酸素は4個、電荷の合計は負1です。
HSO₄⁻とSO₄²⁻、NH₃とNH₄⁺の2組です。前者がH⁺を渡し、後者が受け取ります。左辺の電荷は負1 + 0 = 負1、右辺は負2 + 正1 = 負1です。硫黄1個、酸素4個、窒素1個、水素4個も左右で一致します。NH₄⁺からSO₄²⁻にH⁺を戻すと、出発時の2粒子を再現できます。
酸はH₂O、塩基はCH₃COO⁻です。水はH⁺を渡してOH⁻になり、CH₃COO⁻はH⁺を受け取ってCH₃COOHになります。炭素2個、水素5個、酸素3個、電荷の合計負1が両辺で一致します。生成物からH⁺を水酸化物イオンに戻せば、もとの水とCH₃COO⁻が得られます。