中3定期テスト 理科の酸とアルカリの中和—実験表の変化を読み取り残るイオンと液性を説明する｜武蔵野個別指導塾

塩酸にアルカリを加えた量を中和の基準と比べ、余るイオンから液性と指示薬の色を判断できます。

よくあるのは、小テストで中和すれば必ず中性になると答える場面です。酸とアルカリを混ぜたことと、ちょうど過不足なく反応したことは同じではありません。範囲表で実験と指示薬の扱いを確かめ、ワークの表や小テストの答案と照合しましょう。提出条件も見て、色を覚え直すのか、残る粒子から液性を説明するのかを選びます。

範囲表とワークで出方を分ける

まず、学校の範囲表を見ながら次の欄を埋めます。前期・後期の二期制なら、学期の欄はそのどちらかに置き換えて使います。空欄のままの項目は、ノートや配られた指示で確認します。

出方の型は大きく3つあります。1つ目は酸性・中性・アルカリ性と指示薬の色を結ぶ書き取りです。2つ目は酸とアルカリを混ぜた実験の表から、液性が切り替わる位置を読む問題です。3つ目は残るイオンや水に変わるイオンを使い、変化の理由を記述する問題です。ワークにある問いをこの3つに分けると、同じ中和の章でも解き直す場所を選びやすくなります。

表を読むときは、初めに入れた液の種類と量、後から加えた液の種類と量を丸で囲みます。混ぜた後の色だけを見ると、どちらが余ったのか判断しにくくなります。量を比べる問題では、同じ体積なら必ず同じ割合で中和するとは限りません。濃さや、問題が与えた中和の条件を先に読む必要があります。

小テストの答えから粒子に戻る

酸性の水溶液には水素イオン H⁺ があり、アルカリ性の水溶液には水酸化物イオン OH⁻ があります。両者を混ぜると、H⁺ と OH⁻ が結びついて水 H₂O ができます。この反応が中和です。反応後に H⁺ が余れば酸性、OH⁻ が余ればアルカリ性です。両者が過不足なく反応した場合は中性になります。

図1のように、反応の有無と反応後の液性を分けて考えます。酸性が残る場合にも、水はできています。水ができたことを見てすぐ中性と決めず、残ったイオンを調べましょう。

図1では左側の H⁺ と OH⁻ が反応し、中央の水ができます。右側は反応後に H⁺ または OH⁻ が余る場合を示しています。反応に使われない別のイオンも水溶液中に残ります。例えば塩酸と水酸化ナトリウム水溶液では、塩化物イオン Cl⁻ とナトリウムイオン Na⁺ が残ります。H⁺ と OH⁻ がなくなっても、液中の粒子がすべて消えるわけではありません。

中和で酸の陰イオンとアルカリの陽イオンからできる物質を塩といいます。上の組み合わせでできる塩は塩化ナトリウムです。塩は食塩の意味だけではなく、酸とアルカリの組み合わせによって種類が変わります。水溶液中では塩をつくるイオンが存在し、液を蒸発させると塩を取り出せます。水ができる反応と、残るイオンから塩を考える作業を区別しましょう。

指示薬は液性を調べる手掛かりです。青色リトマス紙は酸性で赤色になり、赤色リトマス紙はアルカリ性で青色になります。BTB溶液は酸性で黄色、中性で緑色、アルカリ性で青色です。フェノールフタレイン溶液は酸性と中性では無色、アルカリ性では赤色になります。無色という結果だけでは酸性と中性を区別できません。指示薬の名前と色の両方を書き留めます。

指示薬の結果が表に並ぶ場合は、色の変化を順番に読んで中性の位置を探します。ただし、表に載った量の間で変化する場合、その間のどの量でちょうど中性になるかは、表だけでは決められません。さらに細かく量を変えて調べた結果や、問題に示された条件を使います。色が変化したという観察と、粒子がどうなったという説明を混ぜずに書くことが大切です。

実験で液を蒸発させる問いでは、加熱する前の液性と、取り出す物質の名前を別々に考えます。中性であっても塩をつくるイオンが残るため、蒸発後に何も残らないとはいえません。一方、蒸発によって水がなくなることと、中和によって水ができることは別の変化です。実験の操作を順番にたどれば、どの変化を問われているか見失いにくくなります。

基本例題：表から中性になる点を読む

次の表は説明のために作った条件です。同じ濃さの塩酸 10 mL をそれぞれの容器に取り、同じ濃さの水酸化ナトリウム水溶液を表の量だけ加えてよく混ぜます。塩酸 10 mL は、この水酸化ナトリウム水溶液 6 mL とちょうど中和します。各容器の液性と、酸性またはアルカリ性の場合に余るイオンを答えてください。中性の容器に残る、塩をつくるイオンも答えます。

はじめに基準を決めます。塩酸 10 mL に対して 6 mL が過不足のない量です。図2のように、各容器で加えた量とこの基準を比べます。容器ごとに新しい塩酸を用意しているので、前の容器に加えた量を足さないことにも注意します。

A は 2 mL なので基準より 4 mL 少なく、塩酸の H⁺ が余ります。したがって酸性です。H⁺ の一部は加えた OH⁻ と反応して水になっていますが、反応に必要な OH⁻ が足りません。

B は 6 mL で基準と一致します。H⁺ と OH⁻ が過不足なく反応するので中性です。残る塩をつくるイオンは Na⁺ と Cl⁻ です。水を蒸発させると塩化ナトリウムが得られます。中性になったことは、水以外の物質が存在しないことを意味しません。

C は 8 mL で基準より 2 mL 多くなります。H⁺ が反応し終わった後に OH⁻ が余るため、アルカリ性です。A と C の違いは、どちらの水溶液を先に入れたかではなく、中和に使われた後にどちらのイオンが残るかです。

答えを条件に戻すと、A は 2 と不足分 4 を合わせて 6、B はそのまま 6、C は 8 から余分の 2 を引いて 6 です。いずれも塩酸 10 mL を中和する基準に対応します。BTB溶液なら A は黄色、B は緑色、C は青色と予想できます。表に色が与えられた問題では、逆に色から液性を判断し、この順序をたどれます。

少し難しい例題：途中からさらに加える

別の自作条件です。塩酸 15 mL を中和するには、一定の濃さの水酸化ナトリウム水溶液が 9 mL 必要です。この塩酸に同じ水酸化ナトリウム水溶液をまず 5 mL 加えて混ぜ、さらに 7 mL 加えて混ぜました。最後の液性と余るイオン、基準より多く加えた体積を mL で答えてください。液性をフェノールフタレイン溶液で調べたときの色も答えます。

まず 5 mL の時点では、基準の 9 mL に 4 mL 足りず、H⁺ が残っています。その後に 7 mL 加えると、合計は 5 + 7 = 12 mL です。基準を超えた体積は 12 − 9 = 3 mL です。最後は OH⁻ が余るのでアルカリ性になり、指示薬は赤色になります。

途中で酸性だったからといって、最後も酸性とは限りません。また、最後に加えた 7 mL だけを 9 mL と比べると、先に加えた分を忘れます。最初から最後までに加えた総量を比べるのが、この問いの分かれ目です。逆に、別々の容器を使う基本例題では総量を足し合わせません。

条件に戻して確かめると、初めの 5 mL と追加分のうち 4 mL で合計 9 mL となり、塩酸をちょうど中和します。追加分の残り 3 mL が過剰です。体積の差は加えた水溶液の量の差であり、混合後の OH⁻ の体積や濃度を示すものではありません。

この例題を表に直すなら、最初の 5 mL、追加の 7 mL、合計の 12 mL を別の欄に置きます。最初の量と追加量は操作の記録で、合計は基準と比べるための量です。合計を書かずに最後の数だけ使っていないか、式に単位を添えて確かめます。もし別の容器に分けた問題なら、各容器の量を独立に扱います。容器が同じかどうかを問題文に戻って確かめる習慣が、計算の前の判断を支えます。

誤答を原因から直す

基本例題の A について「水酸化ナトリウム水溶液を加えて中和したので中性」と答えたとします。反応が起きたことは正しいのですが、H⁺ が余るかどうかが抜けています。基準 6 mL に対して 2 mL しか加えていない条件へ戻せば、酸性と修正できます。図3のように、反応したという事実の次に、残るイオンを挟んで液性を書きます。

図3の矢印をたどり、答案に「H⁺ が余るため」と理由を足しましょう。色だけ間違えた場合は、液性の判断と色の対応を別々に点検します。例えば酸性と判断できているのに BTB溶液を青色としたなら、粒子の考え方よりも指示薬の表に戻るべきです。

別の誤りは「中性だから Na⁺ も Cl⁻ もない」とする答えです。H⁺ と OH⁻ は水になりますが、Na⁺ と Cl⁻ は残ります。何が反応し、何が残るかを2組に分けて書くと、塩が得られる理由につながります。水溶液中の塩と蒸発後に取り出した固体を混同しないことも確認してください。

記述問題で「中和したから水ができた」と書けても、それだけでは最後の液性の理由になりません。問題が求めるのが液性なら、過不足の比較と余るイオンまで記します。反対に、反応でできた物質だけを問われたときは、水と答えることに集中します。問いの末尾を見て、物質名、イオン、液性のどれを求められているか確かめましょう。

練習問題

次はすべて自作の条件です。問題を続けて解いてから、下の答えと理由を照合してください。体積は mL で答えます。

1. ある塩酸 12 mL をちょうど中和するには、一定の濃さの水酸化ナトリウム水溶液 4 mL が必要です。この塩酸に同じ水溶液を 3 mL 加えたときの液性、余るイオン、BTB溶液の色を答えてください。
2. 別の塩酸 20 mL をちょうど中和するには、一定の濃さの水酸化ナトリウム水溶液 10 mL が必要です。この塩酸に同じ水溶液を 13 mL 加えたとき、液性と余るイオン、過剰に加えた体積を答えてください。
3. 中性になった塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の混合液を蒸発させます。取り出せる塩の名前と、その塩をつくる2種類のイオンを答えてください。
4. ある水溶液にフェノールフタレイン溶液を加えると無色でした。この結果だけで酸性と断定できるか答え、理由を書いてください。

答えと解き方

1. 酸性、H⁺、黄色です。基準 4 mL に対し 3 mL なので、1 mL 分が不足します。3 + 1 = 4 となり、与えられた中和の条件に戻ります。H⁺ が余るので酸性と判断してから、BTB溶液の色を選びます。
2. アルカリ性、OH⁻、3 mL です。13 − 10 = 3 で、必要量より 3 mL 多いとわかります。加えた 13 mL から過剰分 3 mL を除くと 10 mL となり、塩酸を中和する条件に戻ります。混合液の体積が 3 mL という意味ではありません。
3. 塩化ナトリウム、Na⁺ と Cl⁻ です。H⁺ と OH⁻ が水をつくった後も、これらのイオンは溶液中に残ります。蒸発後の塩に、初めの水溶液に由来する両方のイオンが対応するかを確認します。
4. 断定できません。フェノールフタレイン溶液は酸性でも中性でも無色だからです。どちらかを見分けるには、別の適切な指示薬などを使って調べます。無色からアルカリ性ではないと判断することと、酸性と決めることを分けます。

覚えておくこと

• H⁺ と OH⁻ が反応して水ができます。
• 混合後の液性は余るイオンで判断します。
• 中和に必要な量は問題の条件から読みます。
• 塩をつくるイオンは水溶液中に残ります。
• 指示薬の色は液性と対応させます。

提出前に答案を点検する

ワークの提出前には、範囲表の該当ページと提出条件を照合し、間違えた問題を答えを隠して解き直します。表の基準量に印を付けられないなら条件の読み取り、基準と比べても液性が逆なら残るイオンの判断、液性は正しいのに色が違うなら指示薬の対応に戻ります。小テストの答案にも同じ印を付け、間違いがどこから始まったかを見比べましょう。

個別指導で答案を確認するときは、加えた量を合計した根拠、H⁺ と OH⁻ のどちらが余るか、指示薬の色へつなぐ一文を見ます。お子さまが答えを言えた場合も、元の条件に戻して説明できるか尋ねると、暗記と表の読み取りを区別できます。残る粒子を追えば、中和後の液性を理由とともに書けます。