weak-acid-base-liberation

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酸・塩基の強弱}} \\[.5zh] 強酸・強塩基} \textcolor{red}{電離度がほぼ1}の酸・塩基 (水溶液中では\textcolor{red}{ほぼ100\%電離}) \\[.2zh] \textcolor{cyan}{弱酸・弱塩基} \textcolor{red}{電離度が小さい}\,酸・塩基 (水溶液中では\textcolor{red}{一部のみが電離}) 代表的な酸・塩基}} \\[.5zh] 強酸}\ce{HCl}}\ (塩酸)  \textcolor{magenta}{\ce{H2SO4}}\ (硫酸)  \textcolor{magenta}{\ce{HNO3}}\ (硝酸) \\\hline \textcolor{cyan}{弱酸} {CH3COOH}\ (酢酸) \ \ce{H2S}\ (硫化水素) \ \ce{H2CO3}\ (炭酸) \ \ce{H2SO3}\ (亜硫酸) \\\hline \textcolor{magenta}{強塩基\ce{NaOH}  \ce{KOH}  \ce{Ca(OH)2}  \ce{Ba(OH)2}} \\ アルカリ金属の水酸化物とアルカリ土類金属の水酸化物}] \\\hline \textcolor{cyan}{弱塩基}NH3}\ (アンモニア) \\\hline 認知度が今一つだが,\ \bm{中和反応・酸化還元反応と並ぶ最重要反応原理}である. \\[.2zh] 酸・塩基の強弱の違いと代表的な酸・塩基が前提知識となる. \\[.2zh] \bm{3大強酸(塩酸・硫酸・硝酸)}さえ覚えておけば,\ それ以外は基本的には弱酸である. \\[.2zh] ただし,\ \ce{HF}以外のハロゲン化水素\ce{HBr},\ \ce{H}\mathRM{I}は強酸である. \\[1zh] 反応原理の根幹を成すのは,\ \bm{酸・塩基の強弱で陽イオンと陰イオンの相性が異なる}ことである. \\[.2zh] 強酸の\ce{HCl}分子が100個あれば,\ 水溶液中では100個ほぼすべてが\ce{H+}と\ce{Cl-}に電離する. \\[.2zh] 一方,\ 弱酸の\ce{H2S}分子が100個あれば,\ 水溶液中では数個だけが\ce{H+}と\ce{S^2-}に電離する. \\[.2zh] 言い換えると,\ \bm{強酸・強塩基は陽イオンと陰イオンの仲が極めて悪く,\ 弱酸・弱塩基は割と仲が良い.}  以上の前提知識を元に,\ \textcolor{cyan}{塩\ \ce{FeS}}と\textcolor{magenta}{強酸\ \ce{H2SO4}}の反応を考える. \\[.2zh]  両者を混ぜると,\ 水溶液中には\ \textbf{\textcolor{purple}{\ce{Fe^2+},\ \ce{S^2-},\ \ce{H+},\ \ce{SO4^2-}\ が混在}}することになる. \\[.2zh]  すると,\ 4種の化合物\ \textbf{\textcolor{purple}{\ce{FeS},\ \ce{H2S},\ \ce{FeSO4},\ \ce{H2SO4}\ が生成される可能性}}が考えられる. \\[.2zh]  ここで,\ \textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{強酸\ce{H2SO4}の陽イオン\ce{H+}と陰イオン\ce{SO4^2-}の相性は極めて悪い.}} \\[.2zh]  一方で,\ \textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{弱酸\ce{H2S}の陽イオン\ce{H+}と陰イオン\ce{S^2-}の相性は割と良い}}のであった. \\[.2zh]  すると,\ \textbf{\textcolor{red}{必然的に\ce{H2SO4}が分解し,\ \ce{H2S}が生じる方向に反応が進行する}}ことになる. \\[.2zh]  つまり,\ \textbf{\textcolor{red}{\ce{FeS + H2SO4 FeSO4 + H2S}}}\ のような反応が起こるわけである. \\[.2zh]  当然ながら,\ 逆方向の反応は自然には起こらない. \\\\  以上が大まかなイメージだが,\ より厳密には次のようになる. \\[.2zh]  まず,\ 塩\ce{FeS}がどんな酸と塩基から生じるかを考える. \\[.2zh]  \ce{Fe^2+}と\ce{S^2-}に分離し,\ それぞれに\ce{OH-}と\ce{H+}を結合させる. \\[.2zh]  すると,\ \ce{H2S + Fe(OH)2 FeS + 2H2O}\ のような中和反応で生じた塩であるとわかる. \\[.2zh]  \textbf{\textcolor{cyan}{\ce{FeS}は弱酸\ce{H2S}から生じた塩}}であるから,\ \ce{FeS}は\textbf{「\textcolor{cyan}{弱酸由来の塩}」}といえる. \\[.2zh]  \textbf{\textcolor{red}{弱酸由来の塩に強酸を加えると,\ 必然的に強酸が分解し,\ 弱酸が生成する.}} \\[.2zh]  また,\ \textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{残りのイオンをまとめると強酸由来の塩}}ができる. \\[.2zh]  結局,\ 以下のような反応原理が導かれる.\ 塩基に関しても同様である. \\\\\\   \textbf{\textcolor{blue}{強酸による弱酸の遊離反応}}弱酸由来の塩}+\textcolor{magenta}{強酸}\}{強酸由来の塩}+\textcolor{red}{弱酸} \rei\ \ $\textcolor{cyan}{\ce{ZnS}}+\ce{2}\textcolor{magenta}{\ce{HCl}}{\ce{ZnCl2}}+\textcolor{red}{\ce{H2S}}$ \\[.4zh] \rei\ \ $\textcolor{cyan}{\ce{CaCO3}}+\ce{2}\textcolor{magenta}{\ce{HCl}}{\ce{CaCl2}}+\textcolor{red}{\ce{H2O + CO2}}$ \\[.4zh] \rei\ \ $\textcolor{cyan}{\ce{Na2SO3}}+\textcolor{magenta}{\ce{H2SO4}}\{\ce{Na2SO4}}+\textcolor{red}{\ce{H2O + SO2}   \textbf{\textcolor{blue}{強塩基による弱塩基の遊離反応弱塩基由来の塩}+\textcolor{magenta}{強塩基}\強塩基由来の塩}+\textcolor{red}{弱塩基}} \rei\ \ $\textcolor{cyan}{\ce{NH4Cl}}+\textcolor{magenta}{\ce{NaOH}}\NaCl}}+\textcolor{red}{\ce{NH3 + H2O}} 普通にいくと,\ 2例目は\ce{CaCO3 + 2HCl -CaCl2 + H2CO3}\ だが,\ \bm{炭酸\ce{H2CO3}\ は直ちに分解する.} \\[.2zh] よって,\ 化学反応式には\ce{H2CO3}\ とは書かず,\ \bm{\ce{H2O + CO2}\ と書く}ことになる. \\[.2zh] 同様に,\ 3例目の\bm{亜硫酸\ce{H2SO3}\ も直ちに\ce{H2O + SO2}\ に分解する.} \\[1zh] また,\ 塩基の例も \ce{NH4Cl + NaOH NaCl + NH4OH}\ となるが,\ \ce{NH4OH}は\ce{NH3 + H2O}と書く. \\[1zh] なお,\ この反応原理での酸・塩基の強弱は絶対的なものではなく,\ あくまで\bm{相対的なもの}である. \\[.2zh] \ce{H2CO3}と\ce{CH3COOH}は両方弱酸だが,\ 酸の強さは\ \ce{CH3COOH}\ce{H2CO3}\ である(有機化学で学習). \\[.2zh] よって,\ 次のような反応も進行し,\ 逆反応は起こらない. \\[.2zh] \ce{NaHCO3 + CH3COOH CH3COONa + H2O + CO2} \\[.2zh] (より弱い酸である炭酸の塩)+(炭酸よりは強い酢酸(より強い酸の塩)+(より弱い酸) \\[1zh] \toi\ \ \ce{Na2CO3}\ に\ce{HCl}を加えると? \\[.2zh] \ce{HCl}は強酸である.\ また,\ \ce{Na2CO3}\ は弱酸\ce{H2CO3}\ 由来の塩である. \\[.2zh] よって,\ 弱酸の遊離反応\ \ce{Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2}\ が起こる. \\[.2zh] \ce{HCl}が強酸であることはすぐに気付く. \\[.2zh] そこで,\ 「弱酸の遊離かも」と思いつつ\ce{Na2CO3}\ の特性を考えると,\ 正に弱酸の塩だったわけである. \\[1zh] \toi\ \ \ce{NH4Cl}と\ce{Ca(OH)2}\ を反応させると? \\[.2zh] \ce{Ca(OH)2}\,は強塩基である.\ また,\ \ce{NH4Cl}は弱塩基\ce{NH3}\ 由来の塩である. \\[.2zh] よって,\ 弱塩基の遊離反応\ \ce{2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2NH3 + 2H2O}\ が起こる.