強酸(強塩基)による弱酸(弱塩基)の遊離反応

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酸・塩基の強弱 強酸・強塩基} 電離度がほぼ1}の酸・塩基 (水溶液中ではほぼ100\%電離}) 弱酸・弱塩基} 電離度が小さい}酸・塩基 (水溶液中では一部のみが電離}) 代表的な酸・塩基 強酸}{HCl\ (塩酸)  {H₂SO₄\ (硫酸)  {HNO₃\ (硝酸) 弱酸} CH₃COOH\ (酢酸) \ {H₂S}\ (硫化水素) \ {H₂CO₃}\ (炭酸) \ {H₂SO₃}\ (亜硫酸) 強塩基{NaOH}  {KOH}  {Ca(OH)₂}  {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}] 弱塩基}NH₃}\ (アンモニア) 認知度が今一つだが,\ {中和反応・酸化還元反応と並ぶ最重要反応原理}である. 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. {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. ただし,\ {HF}以外のハロゲン化水素{HBr},\ {H}{I}は強酸である. 反応原理の根幹を成すのは,\ {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. 強酸の{HCl}分子が100個あれば,\ 水溶液中では100個ほぼすべてが{H+}と{Cl-}に電離する. 一方,\ 弱酸の{H₂S}分子が100個あれば,\ 水溶液中では数個だけが{H+}と{S²-}に電離する. 言い換えると,\ {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,\ 塩\ {FeSと強酸\ {H₂SO₄の反応を考える.  両者を混ぜると,\ 水溶液中には\ {Fe²+},\ {S²-},\ {H+},\ {SO₄²-}\ が混在することになる.  すると,\ 4種の化合物\ {FeS},\ {H₂S},\ {FeSO₄},\ {H₂SO₄}\ が生成される可能性が考えられる.  ここで,\ 強酸{H₂SO₄}の陽イオン{H+}と陰イオン{SO₄²-}の相性は極めて悪い.  一方で,\ 弱酸{H₂S}の陽イオン{H+}と陰イオン{S²-}の相性は割と良いのであった.  すると,\ 必然的に{H₂SO₄}が分解し,\ {H₂S}が生じる方向に反応が進行することになる.  つまり,\ {FeS + H₂SO₄ FeSO₄ + H₂S}\ のような反応が起こるわけである.  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.  まず,\ 塩{FeS}がどんな酸と塩基から生じるかを考える.  {Fe²+}と{S²-}に分離し,\ それぞれに{OH-}と{H+}を結合させる.  すると,\ {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.  {FeS}は弱酸{H₂S}から生じた塩であるから,\ {FeS}は「弱酸由来の塩}」}といえる.  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.  また,\ 残りのイオンをまとめると強酸由来の塩ができる.  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.   強酸による弱酸の遊離反応弱酸由来の塩}+強酸{強酸由来の塩}+弱酸} ${ZnS+{2}{HClZnCl₂+{H₂S$ ${CaCO₃+{2}{HClCaCl₂+{H₂O + CO₂$ ${Na2SO₃+{H₂SO₄Na2SO₄+{H₂O + SO₂}   強塩基による弱塩基の遊離反応弱塩基由来の塩}+強塩基}\強塩基由来の塩}+弱塩基 ${NH₄Cl+{NaOH\NaCl+{NH₃ + H₂O 普通にいくと,\ 2例目は{CaCO₃ + 2HCl -CaCl₂ + H₂CO₃}\ だが,\ {炭酸{H₂CO₃}\ は直ちに分解する.} よって,\ 化学反応式には{H₂CO₃}\ とは書かず,\ H₂O + CO₂}\ と書く}ことになる. 同様に,\ 3例目の{亜硫酸{H₂SO₃}\ も直ちに{H₂O + SO₂}\ に分解する.} また,\ 塩基の例も {NH₄Cl + NaOH NaCl + NH₄OH}\ となるが,\ {NH₄OH}は{NH₃ + H₂O}と書く. 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{相対的なもの}である. {H₂CO₃}とCH₃COOHは両方弱酸だが,\ 酸の強さは\ CH₃COOH{H₂CO₃}\ である(有機化学で学習). よって,\ 次のような反応も進行し,\ 逆反応は起こらない. {NaHCO₃ + CH₃COOH CH₃COONa + H₂O + CO₂} (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) →i{Na2CO₃}\ に{HCl}を加えると? {HCl}は強酸である.\ また,\ {Na2CO₃}\ は弱酸{H₂CO₃}\ 由来の塩である. よって,\ 弱酸の遊離反応\ {Na2CO₃ + 2HCl 2NaCl + H₂O + CO₂}\ が起こる. {HCl}が強酸であることはすぐに気付く. そこで,\ 「弱酸の遊離かも」と思いつつ{Na2CO₃}\ の特性を考えると,\ 正に弱酸の塩だったわけである. →i{NH₄Cl}と{Ca(OH)₂}\ を反応させると? {Ca(OH)₂}は強塩基である.\ また,\ {NH₄Cl}は弱塩基NH₃\ 由来の塩である. よって,\ 弱塩基の遊離反応\ {2NH₄Cl + Ca(OH)₂ CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O}\ が起こる.
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