こんにちは。ルッタです
今日は午前中用事があるので、午後から仕事です。
少し時間が空いたので、何か書いてみようかと。
当面の間、化学について書いていくつもりです。
まずは計算について書いていき、その後定性試験とか書いていきます。
流石に素人なので、化学全部に対応する記事を書くことは難しいかもしれませんが。
今日は中和について。
酸とアルカリが反応して水ができる。その際に発熱する。
酸の陰イオンとアルカリの陽イオンが反応した際にできる物質を塩と言う。
割と単純です。
中和も化学反応の一種ですので、質量保存の法則が成立します。
質量保存の法則は化学の大事な法則の一つですが、割とシンプルです。
質量保存の法則：
閉鎖系においては時間が経過しても物質の総量が保たれる。つまり、化学反応で言えば、化学反応の前の質量と後の質量は等しくなると言うことです。
専門用語だらけの説明ももちろん可能ですが。。。
もっとシンプルに考えればいいのかなと思います。
物質をレゴブロックに見立てた場合、例えば赤ブロック、青ブロック、黄ブロックがそれぞれ10個あった時、全部のブロックをバラバラにしていても、全部のブロックで家を作っても、飛行機を作っても結局ブロック全体の重さは変わらない。
そう言うことです。
それぞれの色のブロックを原子と考えれば、質量保存の法則が成り立つことがイメージできるのでは無いかと思います。
また、青ブロック、赤ブロック、黄ブロックの1個の重さをそれぞれ1g、2g、3gとすると。
上記で作った家の重さも飛行機の重さも共に60gです。
もし各色半分ずつ使って、家と飛行機を作った場合、家も飛行機も共に30gです。
こんな感じでイメージを掴んでしまえばいいかと思っています。
家にレゴブロックがあるなら、実際に触ってみてもいいかと。
化学反応はつまり、このブロックの入れ替えに過ぎません。
新しくブロックが生み出されたり、ブロックが失われたりするわけではないので、合計の重さも変わらないってことです。
中和反応をレゴブロックで考えてみると。。。
酸を青ブロック、アルカリを赤ブロックとすると、
青ブロック（酸）1個と赤ブロック（アルカリ）1個をくっつけると、青赤ブロック（水）が1個できる。青ブロックと赤ブロックの数が一致している時に、完全に中和する。
こう言う感じになります。
つまり、青ブロックが15個、赤ブロックが10個ある場合、反応してできる青赤ブロックは10個、残るのは青ブロック5個。つまり、反応後の溶液は酸性になります。
さらに言えば、青赤ブロックが10個できる分発熱があると言う感じです。
逆に、青ブロックが15個、赤ブロックが20個ある場合、反応してできる青赤ブロックは15個、残るのは赤ブロック5個、つまり反応後はアルカリ性になり、発熱は15個分ということになります。
原子という観点からは少し正確性には欠けますが、中学受験の化学であれば十分でしょう。
この考え方で、中学受験の中和反応は大体理解できるかなと思います。
水素イオンを青ブロック、水酸化物イオンが青赤ブロックで水が青赤青ブロック。。。でもいいですが、ちょっと煩雑ですかね。
そこまでするなら、元素記号とか化学反応式とかを教える方がいいかもしれません。
今回は、１問例に挙げておきます。
東大寺学園2011年4(1)の一部を改変しています。
問題
3.6%の塩酸100gと4％の水酸化ナトリウム水溶液100gを混ぜると、溶液は中性になりました。また、4.5%の塩酸800gに8％の水酸化ナトリウム水溶液を加えていくと、溶液は中性になりました。加えた水酸化ナトリウム水溶液は何gですか。
解答１
まず最初にすることは、もともとの溶液の中にある酸とアルカリの数を定義することです。
ここでも比の概念が当然のように出てきます。
塩酸：3.6%の塩酸100g中の塩化水素は3.6g。
水酸化ナトリウム：4％の水酸化ナトリウム100gの中の水酸化ナトリウムは4g。
この2つが中和する、つまり含まれる酸とアルカリの数が完全に一致するわけです。
なので、それぞれの溶液に入っている酸とアルカリの数をそれぞれ10個と仮定します。
（ここが比の概念かもしれませんね。）
塩化水素は10個で3.6g。つまり1個0.36g。
水酸化ナトリウムは10個で4g。つまり1個0.4gとなります。
4.5%の塩酸800gに含まれる塩化水素の数は、36gですので数にすると100個と言うことになります。なので、中和するための水酸化ナトリウムの数も100個になります。
水酸化ナトリウムは1個0.4gですので、必要な水酸化ナトリウムは40gということです。
つまり、8％の水酸化ナトリウム水溶液は、40g ÷ 8% = 500gとなります。
解答２
途中までは同じです。
3.6%の塩酸100g中に塩化水素が10個あるので、比の計算を使って4.5%の塩酸800g中には、10 X 4.5 ÷ 3.6 X 800 ÷ 100 = 100個の塩化水素が入っていることになります。
また、4％の水酸化ナトリウム水溶液100g中に水酸化ナトリウムが10個あるので、8％100g中には、10 X 8 ÷ 4 = 20個入っている計算になります。
今100個の水酸化ナトリウムが必要なので、必要な8％水酸化ナトリウム水溶液は、100 X 100 ÷ 20 = 500gとなります。
完全に概念を理解できると、こんなまどろっこしい考えは必要では無くなります。
ですが、中和（化学反応）の概念を理解するために、最初はこんな感じで説明しています。
この後出てくる問題としては、発熱を絡めた問題、完全に中和しなかった場合や、その際に金属と反応させた際の水素の発生量を問う問題とかがありますが、それらは追々書いていきたいと思います。
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