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理科 3年

水溶液すいようえきとイオン

最終確認日:

このしょうまなぶこと

だい 4 しょうは、 なか 3 がく中心ちゅうしん単元たんげん水溶液すいようえきイオンいおん」 です。 なか 2 でまなんだ 「原子げんし分子ぶんし」 のうちがわはいり、 原子げんしでんびる ことでこるげんしょうまなびます。

  • 電解質でんかいしつ非電解質ひでんかいしつ のちがいを
  • イオンいおん (陽イオンようイオン陰イオンいんイオン) とはなにかを
  • 電離でんり化学反応式かがくはんのうしき (イオンしき) であらわせる
  • さんアルカリあるかりせいしつ
  • pH指示薬しじやく酸性さんせい中性ちゅうせいアルカリ性あるかりせいべつできる
  • 中和ちゅうわえん ができるはんのうかいする
  • 強酸きょうさん強塩基きょうえんき安全あんぜん取扱とりあつかいをにつける

ポイント: なか 2 で 「原子げんしはそれ以上いじょうけられない」 とまなびましたが、 じつ原子げんしちゅう電子でんし というつぶがあり、 それがうごくことで イオンいおん ができます。

1. 電解でんかいしつ電解でんかいしつ

水溶液すいようえき電気でんきとおりやすさ

みず物質ぶっしつかすと、 でんとおすものとおさないもの があります。

しゅるいていれい
電解質でんかいしつみずかすとでんとお物質ぶっしつしょくえん (NaCl)、 えんさん (HCl)、 みずさんナトリウム (NaOH)、 硝酸しょうさん硫酸りゅうさん
非電解質ひでんかいしつみずかしてもでんとおさない砂糖さとう、 エタノール (C₂H₅OH)、 尿素にょうそ

たしかめかた

じっけんそうやりかた
電源でんげん + まめでんきゅう + 電極でんきょくすいようえきに 2 ほん電極でんきょくれて、 まめでんきゅうひかれば電解質でんかいしつ

電気でんきながれる理由りゆう

電解質でんかいしつみずけると 粒子りゅうし (= イオンいおん)かれます。 イオンいおんでんびて いるため、 電源でんげんをつなぐとうごはじめ、 電流でんりゅうながれます。

非電解質ひでんかいしつみずけても 「分子ぶんしのまま」 で、 でんびていないのででんりゅうながれません。

2. イオンとは

原子げんし構造こうぞう

なか 2 でまなんだ原子げんしは、 じつはさらにこまかくけられます。

部分ぶぶんでんせいしつ場所ばしょ
原子核げんしかくプラス (+)中心ちゅうしん
電子でんしマイナス (−)外側そとがわまわ

ふつうの原子げんしは、 プラスとマイナスが おなすう なので、 全体ぜんたいとして 「でんびていないじょうたいです。

イオンのでき方

原子げんし電子でんしうしなったりったりすると、 プラスとマイナスのかずわず、 でんびたつぶ になります。 これが イオンいおん です。

しゅるいできかた記号きごうれい
陽イオンようイオン電子でんしうしな → プラスNa⁺ (ナトリウムイオン)、 H⁺ (すいイオン)
陰イオンいんイオン電子でんし → マイナスCl⁻ (塩化えんかぶつイオン)、 OH⁻ (みずさん物イオン)

おもなイオン

名前なまえがくしきしゅるい
すいイオンH⁺陽イオンようイオン
ナトリウムイオンNa⁺陽イオンようイオン
カリウムイオンK⁺陽イオンようイオン
カルシウムイオンCa²⁺陽イオンようイオン
どうイオンCu²⁺陽イオンようイオン
えんイオンZn²⁺陽イオンようイオン
塩化えんかぶつイオンCl⁻陰イオンいんイオン
みずさん物イオンOH⁻陰イオンいんイオン
硝酸しょうさんイオンNO₃⁻陰イオンいんイオン
硫酸りゅうさんイオンSO₄²⁻陰イオンいんイオン

大事だいじ: 「⁺」 や 「⁻」 の数字すうじうしなった / った電子でんしすうあらわします。 れい: Ca²⁺ は電子でんしを 2 うしなった陽イオンようイオン

3. 電離でんり化学かがくしき

電離でんり

電解質でんかいしつみずけるとき、 陽イオンようイオン陰イオンいんイオンかれる ことを 電離でんりいます。

電離でんりしきれい

物質ぶっしつ電離でんり
しょくえん (NaCl)NaCl → Na⁺ + Cl⁻
えんさん (HCl)HCl → H⁺ + Cl⁻
みずさんナトリウム (NaOH)NaOH → Na⁺ + OH⁻
硫酸りゅうさん (H₂SO₄)H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻
みずさんカリウム (KOH)KOH → K⁺ + OH⁻

ポイント: 電離でんり式では、 へんへん原子げんしすう がそろうだけでなく、 でん (プラスとマイナスのごうけい) もそろいます。 れい: H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻ は、 ひだりが 0、 みぎも (+1)×2 + (−2) = 0。

4. さんとアルカリ

酸とアルカリで色が変わる青と赤のリトマス紙
リトマス紙りとますしいろへんみぎの 2 まい (酸性さんせい) であおあかに、 ひだりの 2 まい (アルカリ性あるかりせい) であかあおわる。 なか 1 でまなんだ酸性さんせいアルカリ性あるかりせい検出けんしゅつなか 3 では H+・OH-イオンせつめいする。

さんとは

みずかしたとき 水素イオンすいそいおん H⁺ を 物質ぶっしつさんいます。

さん性質せいしつ

せいしつくわしく
っぱいあじ食用しょくようさん (酢酸さくさんクエン酸クエンさん) で確認かくにん
リトマス紙りとますしあかえる指示薬しじやくはんのう
きんぞくはんのうして すいれい: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
BTB液びーてぃーびーえき黄色きいろ にする指示薬しじやくはんのう

おもさん

名前なまえがくしきれい
えんさんHCl胃液いえき
硫酸りゅうさんH₂SO₄どうしゃバッテリー
硝酸しょうさんHNO₃こうぎょう
酢酸さくさんCH₃COOH
クエン酸クエンさんC₆H₈O₇レモン
炭酸たんさんH₂CO₃たんさんすい

アルカリとは

みずかしたとき 水酸化物イオンすいさんかぶついおん OH⁻ を 物質ぶっしつアルカリあるかり (英語えいご塩基えんき = base) といます。

アルカリの性質せいしつ

せいしつくわしく
にがあじ、 ぬるぬるさわらずたしかめない (けん)
リトマス紙りとますしあおえる指示薬しじやくはんのう
タンパク質たんぱくしつかすせっけんがあぶらとす仕組しく
BTB液びーてぃーびーえきあお にする指示薬しじやくはんのう
フェノールフタレインあか にする指示薬しじやくはんのう

おもなアルカリ

名前なまえがくしきれい
みずさんナトリウムNaOHせいソーダ、 排水はいすい管クリーナー
みずさんカリウムKOHせっけんせいぞう
みずさんカルシウムCa(OH)₂せっかい水、 しっくい
アンモニアすいNH₃ + H₂Oせんざい
じゅうそうNaHCO₃ベーキングパウダー

5. pH と指示薬しじやく

pH とは

すいようえき酸性さんせい / 中性ちゅうせい / アルカリ性あるかりせいつよさをあらわ数値すうちpH (ピーエイチ) といます。 0 から 14 までのあたいります。

pHせいしつ
0〜2酸性さんせい
3〜6酸性さんせい
7中性ちゅうせい
8〜11アルカリ性あるかりせい
12〜14アルカリ性あるかりせい

身近みぢかなものの pH

ものpH (おおよそ)せいしつ
胃液いえき1〜2酸性さんせい
レモンじる2酸性さんせい
3酸性さんせい
たんさん飲料いんりょう4酸性さんせい
あめ (つう)5〜6酸性さんせい
じゅんみず7中性ちゅうせい
海水かいすい8アルカリ性あるかりせい
じゅうそう9アルカリ性あるかりせい
せっけんすい10アルカリ性あるかりせい
漂白ひょうはくざい12〜13アルカリ性あるかりせい

指示薬しじやく一覧いちらん

指示薬しじやく酸性さんせい中性ちゅうせいアルカリ性あるかりせい
リトマス紙りとますしあおあかへんなしあかあお
BTB液びーてぃーびーえきみどりあお
フェノールフタレイン無色むしょく無色むしょくあか
ムラサキキャベツむらさききゃべつあかむらさきみどり
pH 試験紙しけんし数値すうち表示ひょうじ数値すうち表示ひょうじ数値すうち表示ひょうじ

大事だいじ: BTB液びーてぃーびーえきみどりあお が 「さんなか → ア」 のじゅんでわかりやすい、 中学ちゅうがくではもっともよく使つか指示薬しじやくです。

6. 中和ちゅうわしお

中和ちゅうわとは

さんアルカリあるかりぜると、 たがいのせいしついます。 これを 中和ちゅうわいます。

さんの H⁺ + アルカリあるかりの OH⁻ → H₂O (すい)

中和ちゅうわ反応はんのうしき

さん + アルカリあるかり反応はんのうしき
HCl + NaOHHCl + NaOH → NaCl + H₂O
H₂SO₄ + 2NaOHH₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
HCl + KOHHCl + KOH → KCl + H₂O

しおとは

中和ちゅうわすいいっしょにできる物質ぶっしつえん (えん) といます。 がくでの 「えん」 はしょくえんだけでなく、 陽イオンようイオン陰イオンいんイオンむすびついた物質ぶっしつすべてをします。

さん + アルカリあるかりできるえん
えんさん + みずさんナトリウムしょくえん (NaCl)
硫酸りゅうさん + みずさんナトリウム硫酸りゅうさんナトリウム (Na₂SO₄)
えんさん + みずさんカリウム塩化えんかカリウム (KCl)
硝酸しょうさん + みずさんナトリウム硝酸しょうさんナトリウム (NaNO₃)

中和ちゅうわ観察かんさつ方法ほうほう

BTB液びーてぃーびーえきれたえんさん (黄色きいろ) にみずさんナトリウムをすこしずつくわえると:

くわえたりょういろせいしつ
0酸性さんせい
すこ酸性さんせい
ちょうど中和ちゅうわてんみどり中性ちゅうせい
おおあおアルカリ性あるかりせい
塩酸に水酸化ナトリウムを加えBTB液が黄→緑→青と色変化した3本の試験管
BTB液びーてぃーびーえきによる中和ちゅうわはんのうえんさん (HCl) にみずさんナトリウム (NaOH) をすこしずつくわえていくと、 (酸性さんせい) → みどり (中性ちゅうせい) → あお (アルカリ性あるかりせい)いろわる。 みどりしゅんかんがちょうど 中和点ちゅうわてん

ポイント: 中和ちゅうわ発熱はつねつともないます。 つよさんつよアルカリあるかりぜるとかなりあつくなるのでちゅう

7. 安全あんぜん配慮はいりょとふりかえり

強酸きょうさんつよし塩基えんき取扱とりあつか

なか 3 がく実験じっけんでは えんさんみずさんナトリウム などの 強酸きょうさん強塩基きょうえんき使つかいます。 取扱とりあつかいをあやまると やけど失明しつめいけんがあります。

めんけんたいさく
えんさん硫酸りゅうさんふくふくける実験衣じっけんころも (白衣はくい) 着用ちゃくよう、 すぐ大量たいりょうみずあら
みずさんナトリウムがはい失明しつめいけん保護メガネほごめがねひっ大量たいりょうみずで 15 ぶん以上いじょうあらう、 すぐ病院びょういん
薬品やくひんじょう気持きもわるくなるかなら換気かんきまどける
薬品やくひんさわれるゴム手袋ゴムてぶくろ 着用ちゃくようれたらすぐあら
薬品やくひんながしにてる環境かんきょうせん中和ちゅうわ してから先生せんせいしたが

安全あんぜんルール 5 かじょう

  1. 保護メガネほごめがねかなら着用ちゃくよう (強酸きょうさん強塩基きょうえんきめんでは例外れいがいなし)
  2. 換気かんきおこなう (まどけ、 かんおうぎまわす)
  3. 薬品やくひん直接ちょくせつさわらない (ゴム手袋ゴムてぶくろ推奨すいしょう、 こぼしたら大量たいりょうみずあらう)
  4. ぐちですすらない (ピペットはかなら安全ピペッターあんぜんピペッター使つかう)
  5. ながしに直接ちょくせつてない (中和ちゅうわ後にはいかなら先生せんせい)

このしょうのふりかえり

  • 電解質でんかいしつ非電解質ひでんかいしつ のちがいとれいえる
  • [ ]陽イオンようイオン陰イオンいんイオンのちがい (Na⁺ と Cl⁻ など) をせつめいできる
  • 電離でんりしき (NaCl → Na⁺ + Cl⁻) をける
  • さん = H⁺ をアルカリあるかり = OH⁻ をえる
  • [ ]BTB液びーてぃーびーえきいろへん (みどりあお) をえる
  • [ ]pH数値すうちせいしつ (0-14、 7 が中性ちゅうせい) がえる
  • 中和ちゅうわはんのう (H⁺ + OH⁻ → H₂O) をける
  • [ ]えん (えん) とはなにか (NaCl、 Na₂SO₄ など) をえる
  • 強酸きょうさん強塩基きょうえんき安全あんぜんルール (保護メガネほごめがね換気かんき) をまもれる

このしょう安全あんぜん配慮はいりょ

  • 保護メガネほごめがねかなら着用ちゃくよう (強酸きょうさん強塩基きょうえんきでは例外れいがいなし)
  • 換気かんきおこなう (まどけ、 かんおうぎまわす)
  • 薬品やくひん直接ちょくせつさわらない、 くちれない
  • ふくいたら すぐ大量たいりょうみずあら
  • はいったら 15 ぶん以上いじょう大量たいりょうみずあらい、 すぐ病院びょういん
  • 薬品やくひんながしにてないかなら先生せんせいしたが

しょう: だい 5 しょうでは、 イオンいおんしき使つかって 「がくへんでん」 をまなびます。 酸化還元さんかかんげん (電子でんしのやりとり) と、 ボルタ・ダニエルでん燃料ねんりょうでんのしくみに出会であいます。

まとめ — 水溶液すいようえきイオンいおんを 3 くだり

  • 原子げんし電子でんしうしなう・ることで陽イオンようイオン (+) と陰イオンいんイオン (-) にかれ、 これらをふく水溶液すいようえき電解でんかいしつ水溶液すいようえきという
  • さん水中すいちゅう水素イオンすいそいおんし、 アルカリあるかり水酸化物イオンすいさんかぶついおん物質ぶっしつで、 つよさはpH (0-14、 7 が中性ちゅうせい) でりょうされる
  • 中和ちゅうわさん塩基えんき反応はんのうしてみずえんしょうじる現象げんしょうで、 強酸きょうさん強塩基きょうえんきあつかさい保護メガネほごめがね換気かんき安全あんぜんルールを厳守げんしゅする
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