中学受験理科の酸性とアルカリ性—指示薬の色と液の性質を対応させて判断する｜武蔵野個別指導塾

赤いリトマス紙が変化しない場合を手掛かりに、色の組合せから候補を絞る鍵は酸性とアルカリ性です。

よくあるのは、赤いリトマス紙が変化しなかったという結果を見て、酸性（さんせい）だと決める小6の場面です。赤い紙が赤いままになるのは酸性の液でも起こりますが、中性（ちゅうせい）の液でも起こります。1つの結果を読んだら、それに合う候補を残し、別の結果でもう一度絞ることが出発点です。

問いには、紙の色から液を分類する型、液の性質から紙や液の色を答える型、複数の記録を照らして未知の液を選ぶ型があります。どの型でも、変化したかどうかと、最後に何色だったかを区別します。記録が1つ足りないときは、答えを無理に1つに決めず、残る候補を答えます。

色を性質につなぐ

水溶液（すいようえき）の性質は、酸性、中性、アルカリ性の3つに分けて考えます。指示薬（しじやく）は、液の性質によって色が変わるものです。リトマス紙には赤と青があり、BTB溶液（ようえき）にも性質に応じた色があります。ここで扱う色は標準的な判定の色です。

図1のように、3つの性質を横に並べ、各指示薬の結果を縦にたどります。赤い紙はアルカリ性で青くなり、酸性と中性では赤いままです。青い紙は酸性で赤くなり、中性とアルカリ性では青いままです。中性では両方の紙が元の色のままです。

BTB溶液は酸性で黄色、中性で緑色、アルカリ性で青色です。リトマス紙の場合は元の色と結果を比べ、BTB溶液の場合は判定後の色を読みます。色の名前が似ていても、赤い紙が青くなることと、BTB溶液が青色を示すことは別々の記録です。

「変化なし」という言葉だけでは、どちらの紙かが欠かせません。赤い紙なら酸性か中性、青い紙なら中性かアルカリ性が残ります。両方が変化しなければ、その組合せに合うのは中性です。透明かどうかだけでは、この3つの性質を判断できません。

問題に出る観察は紙の上の記録として読みます。実際の薬品は先生の指示のもとで扱い、味やにおいで性質を確かめようとしません。色の判断が難しい記録は、見えなかったものを勝手に補わないことも大事です。

結果の書き方をそろえる

表を読むときは、最初に指示薬の名前を確かめ、次に変化する前と後の色を確認します。たとえば「赤いリトマス紙が青に変化」と「青いリトマス紙が青のまま」は、最後の色が同じでも別の結果です。前者はアルカリ性を示し、後者は中性とアルカリ性の両方に合います。最後の色だけを抜き出すと、紙の種類という手掛かりが失われます。

記録が「変化なし」だけで紙の色が書かれていないときは、酸性、中性、アルカリ性のどれかを1つに決められません。赤い紙なら酸性か中性、青い紙なら中性かアルカリ性です。紙の種類が不明なら、どちらの可能性も考える必要があります。問題文の別の場所に紙の色が書かれていないか確認し、それでも不明なら、その不足を答えに添えます。

BTB溶液についても、記録に「色が変わった」とだけあって判定後の色がなければ、3つのうちどれかは決まりません。反対に、判定後の色が示されていれば、その色を表と照らせます。観察の結果を読む問題では、実際に何が書いてあるかと、自分が予想したことを分けて扱います。

2つの記録を順に使う

次の結果が与えられています。液A、液B、液Cはそれぞれ酸性、中性、アルカリ性のいずれかで、3種類は1つずつです。各液について別々に調べた結果を表に示します。A、B、Cの性質をそれぞれ言葉で答えましょう。

図2のように、1行ずつ両方の結果に合う性質を探します。1列目だけで決めるのでなく、同じ液の横の記録を最後まで読みます。

まずAです。赤い紙が赤のままなので、候補は酸性と中性です。次に青い紙が赤に変化したという記録を見ます。この変化は酸性に対応するため、両方を満たすAは酸性です。最初の記録だけでは2つ残った点に注目します。

次にBです。赤い紙が赤のままなので酸性か中性です。青い紙が青のままなので中性かアルカリ性です。両方の候補に共通する中性が答えです。紙がどちらも変化しないという観察を、記録漏れと読み替える必要はありません。

最後にCです。赤い紙が青に変化したのでアルカリ性です。青い紙が青のままであることも、アルカリ性と一致します。よってAは酸性、Bは中性、Cはアルカリ性です。3種類が1つずつという条件とも矛盾（むじゅん）しません。

仮にCの青い紙が赤に変化したと記録されていたら、赤い紙の結果が示すアルカリ性と、青い紙の結果が示す酸性は両立しません。どちらかを都合よく捨てて答えるのでなく、標準の色の表と記録を見直し、この条件では判定できないと考えます。紙の取り違えや転記の誤りがあったかもしれませんが、問題の情報だけでは原因を決められません。

情報が足りないときは候補を残す

液D、液E、液Fについて、別々に調べた記録が次のように与えられています。Dは赤いリトマス紙が赤のままで、BTB溶液は黄色でした。Eは青いリトマス紙が青のままで、BTB溶液は緑色でした。Fは赤いリトマス紙が赤のままでしたが、BTB溶液の結果は記録されていません。各液の性質を、決められるものは1つ、決められないものは考えられる性質をすべて言葉で答えましょう。液どうしの性質が異なるとは限りません。

Dは赤い紙の結果から酸性か中性です。BTB溶液が黄色なので酸性に絞れます。2つの記録は矛盾せず、答えは酸性です。赤い紙が変化しなかったことだけで酸性にしたのではなく、黄色という別の結果を使いました。

Eは青い紙の結果から中性かアルカリ性です。BTB溶液の緑色は中性を示します。したがってEは中性です。青い紙が変わらない場合でも、アルカリ性と決めることはできないと確認できます。

Fは赤い紙の結果から酸性か中性です。BTB溶液の結果がないため、この2つを区別する材料がありません。答えは酸性または中性です。ほかの液に酸性と中性が出ていても、液どうしが異なるという条件はないので、それらを除くことはできません。

ここが分かれ目です。結果があるときは、その結果に合わない候補を消します。結果がないときは、消す根拠がない候補を残します。もしFの青いリトマス紙が赤に変化したと追加されたら酸性、青のままだと追加されたら中性に絞れます。追加情報の意味を1つずつ表で確かめると、推測と判定を分けられます。

読み違いを戻す場所

図3のように、赤い紙が赤のままという結果から、すぐ酸性と決めるのは誤りです。中性の列でも同じ結果になるためです。赤のままという記録の行を横にたどり、酸性と中性の両方を残してから、別の結果を探します。

反対に、青い紙が青のままという記録をアルカリ性の証拠と決める誤りもあります。中性でも青のままなので、中性とアルカリ性の両方が候補です。元の紙の色を読み落とさないよう、結果を書く欄には「青から青」のように前後を並べます。

BTB溶液が緑色なのに、青色と見間違えてアルカリ性と答えた場合は、まず記録の色名を確認します。次に緑色の列に対応する性質を表から読み、中性と直します。記録そのものが「青か緑か不明」であれば、どちらかに決めず中性とアルカリ性を候補として残します。

また、赤い紙が青に変化したという記録と、青い紙が赤に変化したという記録が同じ液に付いているときは注意が必要です。標準の対応表では両方を同時に満たす性質がありません。結果を多数決で選ばず、条件や記録の確認が必要だと答えます。見えない結果や食い違いも、問題の大切な情報です。

表を使うときの点検

複数の液を扱う表では、同じ行に並ぶ結果が同じ液のものです。隣の行の結果を組み合わせると、それぞれの記録が正しくても結論がずれてしまいます。液の名前を指で押さえながら横へ読み、候補を書き留めてから次の行に移ります。液の数と性質の数が同じでも、各性質が1つずつとは限りません。その条件が書かれているときに限って、ほかの行から残りを絞れます。

一方、性質から色を答える問題では、まず性質の列を決めてから、問われた指示薬の行を読みます。酸性の列で青い紙と赤い紙の結果は異なります。答えに「赤」と書く場合も、赤に変わったのか赤のままなのかを添えると、観察の内容が明確です。

自分で確かめる問題

次の問題は、いずれも標準の色の対応を使い、性質や色を言葉で答えます。記録のない部分を想像で埋めず、各問題の条件を読んで考えましょう。

問1

液Pに青いリトマス紙を使ったところ、赤に変化しました。液Pの性質を1つ答え、その液に赤いリトマス紙を使ったときの結果を答えましょう。

問2

液Qの青いリトマス紙は青のままでした。この記録だけから考えられる性質をすべて答えましょう。さらに、BTB溶液が青色だったという記録が加わったときの性質を1つ答えましょう。

問3

液R、液S、液Tについて、BTB溶液の結果は順に緑色、青色、黄色でした。それぞれの性質を答え、液Rに赤と青のリトマス紙を別々に使った場合の結果を答えましょう。

問4

液Uの記録には「赤いリトマス紙は青に変化」「BTB溶液は黄色」とあります。標準の色の対応を前提に、液Uの性質を1つに決められるか答え、理由を述べましょう。

答えと考え方

問1は酸性で、赤い紙は赤のままです。青い紙が赤に変化する列を表から探すと酸性です。その同じ列を赤い紙の行までたどると、元の赤色が残ります。変化した紙と変化しない紙を別々に読むと、答えが入れ替わりません。

問2の最初の答えは中性またはアルカリ性です。青い紙が青のままという結果に、両方が合うからです。追加の結果を使うと、BTB溶液が青色になるアルカリ性に絞れます。最初からアルカリ性と決めると、中性を調べる前に消してしまいます。

問3はRが中性、Sがアルカリ性、Tが酸性です。BTB溶液の緑色、青色、黄色を順に表と対応させます。Rは中性なので、赤い紙は赤のまま、青い紙は青のままです。緑色という結果を紙の色だと読み違えず、指示薬の名前を先に確かめます。

問4は1つに決められません。赤い紙が青に変化するのはアルカリ性ですが、BTB溶液の黄色は酸性を示します。1つの液に対する2つの記録が標準の表では両立しないためです。どちらの記録が誤りかは、この情報だけでは決められません。

覚えておくこと

赤い紙が青に変化するのはアルカリ性、青い紙が赤に変化するのは酸性です。 中性では赤と青の紙はそれぞれ元の色のままです。 BTB溶液は酸性で黄色、中性で緑色、アルカリ性で青色です。 結果が足りなければ候補を残し、食い違えば記録を見直します。

お子さまと色をたどるとき

お子さまが「変化なし」を見てすぐ性質を1つに決めたら、答えを告げる前に、表のどの列がその記録に合うか指でたどってもらいます。2列に同じ結果があれば両方を残し、もう一方の紙やBTB溶液の記録があるかを探します。別の結果がないなら、2つ残ったまま答えてよいことも確かめます。

色を覚えていても、赤い紙と青い紙のどちらを使ったかを読み飛ばすことがあります。その場合は、問題文の紙の色と結果の色にそれぞれ印を付け、表の対応する行に戻ります。食い違う記録では、無理に性質を選ぶ代わりに、どの2つの結果がぶつかるかを言葉にします。表を見ながら、残した候補と消した候補をそれぞれ説明してもらうと、色の記憶と記録の読み方のどちらで迷ったかを見分けられます。答えが合っていても、理由を確かめることで次の問題へつながります。色の前後をそろえると、判断の根拠が見えてきます。