中和反応の仕組み

中和反応は比較的慣れ親しんだ反応で、
なんとなく理解した気になっている受験生が多いです。

しかし、
「中和反応ってなんで起こるの？」
「HClaqをNH₃で中和してもなんで酸性のままなの？」
なんて聞かれてみると意外と「なんで？」と思いませんか？

このように、
実は中和反応をしっかり理解できている受験生は少ないのです。

この記事では中和反応の解説をします。

この記事を読む事で、
迷うことなく中和反応式を作れるようになり、
中和滴定の問題もスラスラ解けるようになります。

記事の後半にはセンター試験でも頻出の、
塩の液性の解説もあるのでぜひ最後まで読んでくださいね。

中和反応の仕組み

中和反応をイオン反応式で書けば、

となります。

中和反応の本質はこのイオン反応式です。

それでは中和反応はなぜ起こるのでしょうか？

例えば1mol/Lの塩酸HClと水酸化ナトリウムNaOHを、
それぞれ1Lずつ混ぜた場合を考えてみましょう。

溶液を混ぜることで溶液の量が2倍になっているので、
混ぜた後のHClとNaOHの濃度は0.5mol/Lです。

これが電離することで、
水素イオン濃度[H⁺]=0.5mol/L、
水酸化物イオン濃度[OH^–]=0.5mol/L、
となります。

さてここで水の電離について思い出してみます。

水は電離平衡状態にあるんでしたね。

しかもこのとき、
K_w=[H⁺][OH^–]=10^-14（25℃）
が成り立つのでした。

10^-14は相当小さいですね。

つまり今回のように0.5mol/LものH⁺やOH^–が現れれば、
ルシャトリエの原理からどんどん水にならざるをえません。

こうして結局

となる中和反応が起こるのです。

中和反応の作り方

それでは中和反応を実際に作ってみましょう。

今回は以下の問題を例に、
中和反応の反応式を立てていきます。

（１）HClaqとCa(OH)₂aq(多量)

先ほど説明した通り中和反応のイオン反応式は、

でした。

ただ今回はCa(OH)₂が一度に2つOH^–を出すので、

あとは両辺をCl^–とCa²⁺で調節して、

（２）CO₂(気体)とNaOHaq(多量)

CO₂をNaOH水溶液に入れると、
まずはCO₂が水に溶ける反応がおきます。

そして次に発生したH₂CO₃と中和反応を起こします。

（この中和反応式は（１）と同様。）

前者の反応は平衡反応ですが、
後者の反応が起こることで平衡が右に偏り、
結局全て反応し切ります。

よって2式を足し算すれば、

（３）CaO(固体)とHClaq(多量)

CaOをHCl水溶液に入れると、
まずはCaOが水に溶ける反応がおきます。

そして次に発生したCa(OH)₂と中和反応を起こします。

これら2式を足し算すれば、

酸・塩基の強さと塩の性質

ここまで中和反応の仕組みをみてきました。

しかし本当に中和反応を理解するためには、
酸と塩基の強弱を考えていく必要があります。

酸・塩基の強弱について理解することで、
塩の性質がよく理解できると思います。

酸・塩基の強弱

酸・塩基のうち、
ほぼ完全に電離してしまうのが強酸・強塩基、
一部だけが電離するのが弱酸・弱塩基です。

酸・塩基の強弱は、
中和反応自体には特に影響がありません。

なぜなら次の仕組みで反応が進むからです。

強酸と弱塩基で考えてみましょう。

十分な量の強酸に弱塩基を混ぜた瞬間、
強酸は完全に電離してH⁺を出していて、
弱塩基は一部だけ電離してOH^–を出しています。

まずはこれらが全て中和反応を起こします。

すると弱塩基は全く電離していないような状態になり、
また一部だけが電離してOH^–を出します。

これが繰り返されることで結局すべての弱塩基が中和されます。

実際のところ、
酸・塩基の強弱が重要になってくるのは、
中和後の塩の性質を考えるときです。

塩の性質

先ほどの例と同じく強酸と弱塩基の塩を考えます。

例えばHClとNH₃の塩であるNH₄Clを考えますね。

同じ量のHClとNH₃を混ぜ合わせたとき、
完璧に中和反応が起こって以下の状態になります。

しかしNH₄⁺は本当は以下の関係にありました。

電離しすぎも電離しなさすぎも嫌な状態です。

今、溶液中にはNH₄⁺ばかりなので、
バランスを取るために以下のような反応が起きます。

このような反応を「加水分解」といいます。

この反応によって、
強酸と弱塩基の中和反応でできた塩は、
溶液中で酸性になることがわかります。

同様に弱酸と強塩基の塩は塩基性です。

この原理によって、
「強い方の性質が塩の性質に残る」
という性質が生じるわけです。

正塩・酸性塩・塩基性塩

完全に中和していても酸・塩基の強弱で、
性質が変わることがわかったと思います。

しかし以下のような塩では注意が必要です。

以上のうち、例えばNaHSO₄は、
強酸と強塩基からできた塩でありながら、
以下の反応で酸性になります。

さらにNaH₂PO₄、NaHSO₃は、
以下の反応と加水分解反応が同時に起こります。

NaH₂PO₄、NaHSO₃は、
加水分解よりもこちらの電離反応の方が多く起きて、
結果的に溶液は酸性になります。

最後にNaHCO₃は、
以下の電離と加水分解が同時に起きて、
結果的に溶液は塩基性になります。

「酸性塩は酸性、塩基性塩は塩基性」というわけではなく、
個別に考えていかないといけないのですね。

塩と酸・塩基の反応

塩に酸や塩基を加えると、
場合によっては以下のような反応が起こります。

このように、
弱酸と強塩基の塩に強酸を加えると弱酸が、
強酸と弱塩基の塩に強塩基を加えると弱塩基が、
出てくる反応を「弱酸・弱塩基遊離反応」といいます。

この原理などは以下の記事で詳しく説明しているので、
ぜひ目を通してみてください。

弱酸・弱塩基遊離反応

まとめ

盛りだくさんになってしまいましたが、
・中和がなぜ起こるのか
・反応式をどう作るのか
・塩の液性はどうなるのか
がきちんと理解できましたか？

これで他の受験生よりも一歩先に進めたと思います。

また今回の発展版である「中和滴定」についても、
以下の記事で解説しているので合わせてごらんください。

中和滴定はもう完璧！実験手順を理解して計算しよう