強酸・強塩基} 電離度がほぼ1}の酸・塩基 & (水溶液中では\textcolor{red}{ほぼ100\%電離}) 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} & \textcolor{magenta}{\ce{HCl}}\ (塩酸) \textcolor{magenta}{\ce{H2SO4}}\ (硫酸) \textcolor{magenta}{\ce{HNO3}}\ (硝酸) \\\hline
\textcolor{cyan}{弱酸} & \ce{CH3COOH}\ (酢酸) \ \ce{H2S}\ (硫化水素) \ \ce{H2CO3}\ (炭酸) \ \ce{H2SO3}\ (亜硫酸) \\\hline
\textcolor{magenta}{強塩基} & \textcolor{magenta}{\ce{NaOH} \ce{KOH} \ce{Ca(OH)2} \ce{Ba(OH)2}} \\
& [\,\textcolor{BrickRed}{アルカリ金属の水酸化物と\ce{Be},\ \ce{Mg}を除くアルカリ土類金属の水酸化物}\,] \\\hline
\textcolor{cyan}{弱塩基} & \ce{NH3}\ (アンモニア) \\\hline
\end{array}}$} \\\\\\
\centerline{{\small $\left[\textcolor{BrickRed}{\begin{array}{l}
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{三大強酸(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]
反応原理の根幹は,\ \bm{酸・塩基の強弱で陽イオンと陰イオンの相性が大きく異なる}点にある. \\[.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,\ 水溶液中ではそのうち数個だけが\ce{H+}と\ce{S^2-}に電離する. \\[.4zh]
つまり,\ \bm{強酸・強塩基は陽イオンと陰イオンの仲が極めて悪い}ので,\ できるだけ離れていたい. \\[.2zh]
一方で,\ \bm{弱酸・弱塩基は陽イオンと陰イオンが仲良し}なので,\ できるだけくっついていたい.
以上の前提知識を元に,\ \textbf{\textcolor{cyan}{塩\ \ce{FeS}}}と\textbf{\textcolor{magenta}{強酸\ \ce{H2SO4}}}の反応を考えよう. \\[.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]
このとき,\ 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-}は仲良し}}なのであった. \\[.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,\ \ce{H2S}が分解して\ce{H2SO4}\,が生じるという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,\ より厳密には以下のようになる. \\[.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,\ \ce{Fe^2+}に\ce{OH-},\ \ce{S^2-}に\ce{H+}を結合させる. \\[.2zh]
すると,\ \ce{H2S + Fe(OH)2 -> FeS + 2H2O}\ という中和反応で生じる塩であるとわかる. \\[.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}}\ce{FeSO4}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}} \\[1zh]
\centerline{{\Large \dilutecolor{yellow}{.2}{dyellow}\colorbox{dyellow}{\ $\bm{\textcolor{cyan}{弱酸由来の塩}+\textcolor{magenta}{強酸}\ \ce{->}\ \textcolor[named]{ForestGreen}{強酸由来の塩}+\textcolor{red}{弱酸}}$\ }}} \\\\
\centerline{{\large \begin{tabular}{l}
\rei\ \ $\textcolor{cyan}{\ce{ZnS}}+\ce{2}\textcolor{magenta}{\ce{HCl}}\ \ce{->}\ \textcolor[named]{ForestGreen}{\ce{ZnCl2}}+\textcolor{red}{\ce{H2S}}$ \\[.4zh]
\rei\ \ $\textcolor{cyan}{\ce{CaCO3}}+\ce{2}\textcolor{magenta}{\ce{HCl}}\ \ce{->}\ \textcolor[named]{ForestGreen}{\ce{CaCl2}}+\textcolor{red}{\ce{H2O + CO2}}$ \\[.4zh]
\rei\ \ $\textcolor{cyan}{\ce{Na2SO3}}+\textcolor{magenta}{\ce{H2SO4}}\ \ce{->}\ \textcolor[named]{ForestGreen}{\ce{Na2SO4}}+\textcolor{red}{\ce{H2O + SO2}}$
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}\ \ce{->}\ \textcolor[named]{ForestGreen}{強塩基由来の塩}+\textcolor{red}{弱塩基}}$\ }}} \\\\
NH4Cl}}+\textcolor{magenta}{\ce{NaOH}}\ \ce{->}\NaCl}}+\textcolor{red}{\ce{NH3 + H2O
普通に作ると,\ 2例目は\ce{CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + H2CO3}\ だが,\ \bm{炭酸\ce{H2CO3}\,は直ちに分解する.} \\[.4zh]
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. \\[.4zh]
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,\ \bm{\ce{NH4OH}は\ce{NH3 + H2O}と書く.} \\[1zh]
なお,\ この反応原理における酸・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). \\[.4zh]
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{CaCO3 + 2CH3COOH -> (CH3COO)2Ca + H2O + CO2} \\[.4zh]
(より弱い酸である炭酸の塩)+(炭酸よりは強い酢酸)\ce{->}(より強い酸の塩)+(より弱い酸) \\[1zh]
\toi\ \ \ce{BaCO3}\ に\ce{HCl}を加えると？ \\[.4zh]
\kai\ \ \ce{HCl}は強酸である.\ また,\ \ce{BaCO3}\ は弱酸\ce{H2CO3}\,由来の塩である. \\[.4zh]
\phantom{\toi}\ \ よって,\ 弱酸の遊離反応\ \ce{BaCO3 + 2HCl -> BaCl2 + H2O + CO2}\ が起こる. \\[.4zh]
\phantom{\toi}\ \ \ce{HCl}が強酸であることはすぐに気付く. \\[.2zh]
\phantom{\toi}\ \ そこで「弱酸の遊離かも」と思いつつ\ce{BaCO3}\,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？ \\[.4zh]
\kai\ \ \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. \\[.4zh]
\phantom{\toi}\ \ よって,\ 弱塩基の遊離反応\ \ce{2NH4Cl + Ca(OH)2 -> CaCl2 + 2NH3 + 2H2O}\ が起こる.
