【解答・解説】酸・塩基の定義と価数 練習問題5問【高校化学】

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【前回の記事】酸・塩基の定義と価数・強弱
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前回の練習問題5問、解けましたか？この記事では全5問の解答と解説を丁寧に説明します。定義の違いをしっかり理解して次の記事に進みましょう！

📋 解答一覧（まず答え合わせ）

問題1：HCl＝酸、NaOH＝塩基、H₂SO₄＝酸、Ca(OH)₂＝塩基、CH₃COOH＝酸、NH₃＝塩基
問題2：酸＝HCl、塩基＝H₂O
問題3：①2価　②1価　③3価　④2価　⑤1価
問題4：強酸＝HCl・H₂SO₄、弱酸＝CH₃COOH・HF、強塩基＝NaOH・Ca(OH)₂、弱塩基＝NH₃・Mg(OH)₂
問題5：HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻（H₂Oが塩基）、NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻（H₂Oが酸）

問題 1 HCl・NaOH・H₂SO₄・Ca(OH)₂・CH₃COOH・NH₃をアレニウスの定義で酸・塩基に分類せよ。

答え酸：HCl・H₂SO₄・CH₃COOH
塩基：NaOH・Ca(OH)₂・NH₃

物質	電離の様子	分類
HCl	HCl → H⁺ + Cl⁻（H⁺を放出）	酸
H₂SO₄	H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻（H⁺を放出）	酸
CH₃COOH	CH₃COOH ⇌ H⁺ + CH₃COO⁻（H⁺を放出）	酸
NaOH	NaOH → Na⁺ + OH⁻（OH⁻を放出）	塩基
Ca(OH)₂	Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH⁻（OH⁻を放出）	塩基
NH₃	NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻（OH⁻を生じる）	塩基

⚠️ NH₃の注意点

NH₃はOH⁻を直接放出するわけではありませんが、水溶液中でOH⁻を生じるためアレニウスの定義では塩基に分類されます。

問題 2 HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻ においてブレンステッドの酸・塩基を答えよ。

答え酸：HCl　塩基：H₂O

H⁺の動きを追う

HCl → H₃O⁺ + Cl⁻ の変化を見ると：
HCl がH⁺を与えた → HClはブレンステッド酸
H₂O がH⁺を受け取った（H₂O + H⁺ → H₃O⁺）→ H₂Oはブレンステッド塩基

💡 H₂Oは両性物質！

この反応ではH₂Oが塩基としてはたらいています。
NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ ではH₂Oが酸としてはたらきます。
H₂Oは相手によって酸にも塩基にもなる両性物質です。

問題 3 ① H₂SO₄　② HNO₃　③ H₃PO₄　④ Ca(OH)₂　⑤ NH₃ の価数を答えよ。

答え ①2価　②1価　③3価　④2価　⑤1価

物質	電離の様子	価数
H₂SO₄	H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻（H⁺が2個）	2価
HNO₃	HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻（H⁺が1個）	1価
H₃PO₄	H₃PO₄ → 3H⁺ + PO₄³⁻（H⁺が3個）	3価
Ca(OH)₂	Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH⁻（OH⁻が2個）	2価
NH₃	NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻（H⁺を1個受け取る）	1価

酸の価数は化学式の先頭のH（電離するH）の数、塩基の価数はOH⁻またはH⁺を受け取れる数で判断します。

問題 4 HCl・CH₃COOH・NaOH・NH₃・H₂SO₄・Ca(OH)₂・HF・Mg(OH)₂を強酸・弱酸・強塩基・弱塩基に分類せよ。

答え強酸：HCl・H₂SO₄　弱酸：CH₃COOH・HF
強塩基：NaOH・Ca(OH)₂　弱塩基：NH₃・Mg(OH)₂

強酸・強塩基の覚え方

強酸6種：HCl・HNO₃・H₂SO₄・HClO₄・HBr・HI
→ この6種以外の酸はすべて弱酸（CH₃COOH・HF・H₂CO₃・HCNなど）

強塩基：アルカリ金属（Li・Na・K）の水酸化物＋ Ca(OH)₂・Ba(OH)₂
→ この以外の塩基はすべて弱塩基（NH₃・Mg(OH)₂・Al(OH)₃など）

⚠️ HFは弱酸！

フッ化水素（HF）はハロゲン化水素ですが弱酸です。
HCl・HBr・HIは強酸ですが、HFだけは例外として弱酸になります。F原子が小さくH-F結合が強いためです。

問題 5 水（H₂O）が両性物質であることをブレンステッドの定義で2つの反応式で説明せよ。

答え【酸としてはたらく】NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻
【塩基としてはたらく】HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻

H₂Oが酸としてはたらく場合

$$\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-$$

H₂OがNH₃にH⁺を与えた → H₂Oはブレンステッド酸

H₂Oが塩基としてはたらく場合

$$\text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^+ + \text{Cl}^-$$

H₂OがHClからH⁺を受け取った → H₂Oはブレンステッド塩基

このようにH₂Oは相手によって酸にも塩基にもなります。これを両性物質といいます。
他の両性物質の例：HCO₃⁻・HSO₄⁻・HS⁻など（酸のHと塩基のイオン部分を両方持つもの）

📝 この記事のまとめ