【過去問一問一答】中学理科化学でよく出る問題(イオン・酸アルカリ)高校入試・受験、定期テスト対策

一定量の塩酸を完全に中和するのに必要なアルカリの量の半分を加えたとき、水溶液中に残る水素イオンと加えられたナトリウムイオンの数は等しくなる。

水溶液に電圧をかけたとき電流が流れる物質を電解質、流れない物質を非電解質といいます。電解質は水に溶けるとイオンに分かれる電離という現象が起こり、このイオンが電気を運ぶ役割を果たすため電流が流れます。よくある誤解として中和反応でイオンが消失すると思われがちですが、塩酸と水酸化ナトリウム水溶液を混ぜた後もナトリウムイオンや塩化物イオンは電離した状態で存在し続けています。そのため中和点やその前後に関わらず、電解質が溶けている混合液には常に電流が流れます。また純粋な水分子自体には導電性がないことも、試験で間違えやすいポイントなので注意しましょう。

酸とアルカリを混ぜると水素イオンと水酸化物イオンから水が生成され、互いの性質を打ち消し合う中和反応が起こります。このとき、中和点を超えてさらに酸を加えると、反応する相手がいなくなった水素イオンが溶液中に残るため、水溶液全体が酸性を示します。中和反応とイオンの数の変化を考える際は、過剰なイオンの存在に注意が必要です。特に水酸化物イオンやナトリウムイオンは、中和の過程でどのように変化するかを正しく把握しておくことが重要です。中和に必要な量よりも多くの酸を加えた場合、残った水素イオンによって溶液が酸性の性質を帯びるという点を見落とさないようにしましょう。

特定の金属（Y）が他の金属（亜鉛、銅など）の間に入る序列を確認する場合、Yより上位の金属イオン溶液で「変化なし」、Yより下位の金属イオン溶液で「固体付着」の結果が得られることを確認する。

ダニエル電池において、電子は導線を通って亜鉛板から銅板へ移動する。亜鉛板では亜鉛原子が電子を失い、銅板では銅イオンが電子を受け取る反応が起こる。

ダニエル電池の正極反応とは、正極である銅極において水溶液中の銅イオンが電子を受け取り、銅原子となって電極に付着する反応のことです。この電池の正極では、硫酸銅水溶液に含まれる銅イオンが導線を通ってきた電子を受け取る還元反応が起こります。その結果、銅イオンは銅原子へと変化し、銅板の表面に堆積していきます。化学反応式では銅イオンと二個の電子が反応して銅原子が生成される形で表されます。試験では銅原子が電子を失うという誤った理解や、亜鉛イオンが電子を受け取るというひっかけ問題が出やすいため、正極で起こる反応の内容を正確に区別して覚えておくことが重要です。

塩化銅が水に溶けて電離すると、１個の銅イオンに対して２個の塩化物イオンが生じ、水溶液全体で電気的に中性な状態を保つ。

金属のイオン化傾向とは、金属が陽イオンになろうとする性質の強さの序列のことです。実験ではマグネシウム、亜鉛、銅の順にイオンになりやすいことが確認できます。具体的には、マグネシウムは硫酸亜鉛水溶液と硫酸銅水溶液の両方で金属を析出させ、亜鉛は硫酸銅水溶液のみで金属を析出させるという反応の差からこの順序が導き出されます。試験では、銅が最もイオンになりやすい、あるいは亜鉛が最もイオンになりにくいといった誤った選択肢がひっかけとして出題されやすいため注意が必要です。マグネシウム、亜鉛、銅の順にイオンになりやすいという性質を正しく理解しておくことが重要です。

水に溶けたときに陽イオンと陰イオンに電離し、電気を通すようになる物質のこと。水酸化ナトリウムや硫酸亜鉛、食塩などが代表例である。

酸性の性質を示す原因となる陽イオン。電圧を加えると陰極（マイナス極）側に引き寄せられ、青色のリトマス紙を赤色に変化させる特性を持つ。

塩化ナトリウムが水に溶けて、陽イオンであるナトリウムイオンと陰イオンである塩化物イオンに分かれる現象を化学式で表したものを電離の式といいます。この式は左辺に元の物質、右辺に生じたイオンをプラス記号で結んで記述し、水溶液中でイオンが自由に動き回ることで電流を流す性質を持ちます。試験では原子の再配置と混同しないよう注意が必要で、特に塩化ナトリウムの電離において水素イオンが発生することはないため、誤った知識を覚えないよう気をつけてください。電離の式を書く際は、あくまで元の物質がイオンに分かれる様子を正しく表現することが重要です。

純粋な水は電流をほとんど通さないため、水の電気分解を行う際は電流を流しやすくするために水酸化ナトリウムなどの電解質を溶かす。

BTB溶液の色変化は、水溶液の性質を判定する方法です。BTB溶液は酸性で黄色、中性で緑色、アルカリ性で青色を示します。試験ではアルカリ性の判定が重要で、特に硫酸に水酸化バリウムを加えていく実験において、中和点を過ぎて水酸化バリウムが過剰になった混合液はアルカリ性となるため、BTB溶液の色は青色に変化します。よくある間違いとして、黄色をアルカリ性と誤認したり、中性である緑色を判定の答えとして選んでしまうケースがあるため注意が必要です。酸性、中性、アルカリ性のそれぞれで色が異なることを正しく理解し、実験結果から液の性質を特定できるようにしておきましょう。

呼気が溶けて酸性（黄色）になったBTB溶液に、アルカリ性の水溶液を加えることで中性（緑色）に調整することができる。

塩化水素が水中で電離して生じる陰イオンであり、電気分解において陽極で電子を放出し塩素となるイオン。

塩素の発生と性質について理解しておきましょう。塩素は特有の刺激臭を持つ気体で、水に非常に溶けやすく、その水溶液は酸性を示します。また、塩素には強い漂白作用があり、実験では赤インクの色を消す性質が確認できます。塩化銅水溶液の電気分解を行うと、陽極からこの塩素が発生します。よくある間違いとして、塩素を無臭だと勘違いしたり、水溶液をアルカリ性だと誤解したりすることがあります。試験ではこれらの性質が問われやすいため、無臭やアルカリ性ではないという点に注意して、刺激臭と酸性、そして漂白作用があるという特徴をしっかりと覚えておきましょう。

一定量の硫酸に水酸化バリウム水溶液を加えるとき、中和点までは加えた体積に比例して沈殿の質量が増加し、中和後は一定に保たれる性質。

中和の量的関係とは、酸とアルカリの溶液を混ぜて互いの性質を打ち消し合い中性にする際、反応に必要な溶液の体積がそれぞれの濃度や溶質の比率に比例する性質のことです。中性にするために必要な量は濃度と体積の関係で決まり、例えばグラフから特定の濃度の水酸化ナトリウム水溶液と塩酸の体積比が一対二であると読み取れます。実験で塩酸を二倍に薄めると単位体積あたりの酸の成分は半分になるため、実質的な酸の量を計算して比率を当てはめることで必要なアルカリの量を算出できます。試験では5立方センチメートル、20立方センチメートル、25立方センチメートル、45立方センチメートル、50立方センチメートルといった数値の扱いに注意が必要です。

原子は、正の電気をもつ陽子と電気をもたない中性子からなる原子核と、そのまわりにある負の電気をもつ電子で構成されている。

２種類の金属のイオン化傾向の差を利用し、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置。亜鉛板が溶けて電子を放出し、導線を通って銅板へ移動することで電流が流れる。

酸性とアルカリ性の水溶液を混ぜると中和反応が起こり、混合比率によって液性が変化するためpHの値が段階的に推移します。例えば水酸化ナトリウム水溶液に塩酸を滴下すると、アルカリ性から中性を経て酸性へと変化します。このときBTB溶液の色は青色から緑色、そして黄色へと変わり、pHは大きい状態から中程度を経て小さい状態へと変化します。試験では色の変化とpHの大小関係を取り違えたり、中和点以降の液性変化を見落としたりすることが多いため注意が必要です。pHが小さい順に並べると酸性、中和点、アルカリ性の順になることを理解し、中和反応に伴う変化を正確に把握しておくことが重要です。

酸性の水溶液にアルカリ性の水溶液を加えていく際、中和点に達するまでは水素イオンと反応して消失し、中和点を超えてからは加えられた分だけ直線的に増加するイオン。

水溶液がアルカリ性を示すとき、フェノールフタレイン溶液を赤色に変える性質を持つこと。

銅の析出反応とは、水溶液中の銅イオンが電子を受け取り、金属の銅に変化する化学反応のことです。亜鉛を硫酸銅水溶液に入れると、亜鉛原子が電子を放出して亜鉛イオンとなり水溶液に溶け出します。このとき亜鉛が放出した二個の電子を銅イオンが受け取ることで、銅イオンの還元と析出が起こり、銅原子として金属が析出します。この反応が進むと、銅イオンに由来する水溶液の青色が次第に薄くなる様子が観察されます。試験では亜鉛が電子を放出することや、亜鉛イオンに変化する点と混同しないよう注意が必要です。

アルカリ性の原因となる陰イオンの移動を確認する手法。負の電荷を持つため陽極側に移動し、その際、赤色のリトマス紙を青色に変える。

水酸化物イオンは、酸素と水素からなる負の電荷を帯びたイオンであり、水溶液がアルカリ性を示す直接的な原因となる物質です。例えば水酸化ナトリウムが水に溶けて電離する際に生じるもので、このイオンが水溶液中に存在することでアルカリ性の性質が現れます。試験では水素イオンや酸素イオンといった名称が似た別のイオンと混同しやすいため注意が必要です。水酸化物イオンはアルカリ性の正体であることをしっかりと押さえ、他のイオンと間違えないように区別して覚えることが重要です。

酸性の性質を持つ水溶液はマグネシウムなどの金属と反応して水素を発生させ、金属を溶かす性質があります。この金属と酸の反応において、酸性の水溶液にリトマス紙を浸すと青色が赤色に変化しますが、フェノールフタレイン溶液は無色のままです。硫酸に水酸化バリウム水溶液を加える際、その量が不足していると液中に水素イオンが残るため酸性を示します。試験では赤色リトマス紙を青色に変える、フェノールフタレイン溶液を赤色にする、あるいはｐＨが７より大きいといった誤った選択肢がひっかけとして出題されやすいため、酸性の性質を正しく理解しておくことが重要です。

ダニエル電池の正極（銅極）において、硫酸銅水溶液中の二価の銅イオンが、導線を通ってきた電子を受け取って金属の銅原子となり、電極表面に析出する反応。

化学電池の電流と電子の向きにおいて、二種類の金属のイオン化傾向の差を利用して電流を取り出す際、より陽イオンになりやすい金属板が電子を放出するマイナス極となり、もう一方がプラス極となります。亜鉛と銅を用いた電池では、亜鉛板がマイナス極、銅板がプラス極となります。導線中では電子はマイナス極からプラス極へ移動しますが、電流の向きは定義上その逆のプラス極からマイナス極へ流れます。そのため、この装置では銅板からモーターを経由して亜鉛板へ電流が流れます。電子の移動方向を電流の向きと同じだと勘違いしたり、イオンになりにくい金属をマイナス極にしてしまうミスが多いため注意が必要です。

水溶液がアルカリ性であるかどうかを調べるための指示薬で、アルカリ性に反応すると無色から赤色に変化する。