化学のワンポイント授業：濃硫酸の性質

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　皆さんこんにちは！アシスタントアドバイザーの服部です。

　硫酸といえば、どのようなイメージがあるでしょうか？おそらく、強酸性で金属を溶かすというイメージを持っている人が多いと思います。しかし、硫酸は濃度によって性質の変わる物質です。希硫酸は前述のとおり強酸性で鉄などの金属を溶かします。しかし、濃硫酸はどうでしょうか？本日はそのような濃硫酸の性質を説明していきます！

 

①濃硫酸は…?

濃硫酸は弱酸です！濃硫酸はその名の通り、とても濃度の高い硫酸です。そのため、硫酸から電離するH+を受け取るH2Oが足らず、強酸になることができないのです。

 

②酸化作用

加熱した濃硫酸、つまり熱濃硫酸は強い酸化作用を持ち、塩酸や希硫酸が酸化できない銅や水銀、銀とも反応をします。イオン化傾向とともに覚えておきましょう。

 

③濃硫酸の不揮発性

濃硫酸の特徴のひとつとして、不揮発性の酸であることが挙げられます。実用例のひとつに、塩化水素の発生があります。NaClとH2SO4を反応させることにより、HClが発生するという反応なのですが、HClのみを捕集したいので他の気体をできるだけ混ぜたくありません。そこで濃硫酸の不揮発性を用いれば、効率よくHClを作り、かつ集めることができるのです。

 

④乾燥剤

濃硫酸は湿気を取ることができ、酸性や中性の気体の乾燥剤にしばしば用いられます。ただし、濃硫酸自体は酸性なので、塩基性や還元性のある気体と反応してしまうので、これらの気体には用いることができないということに注意しましょう。

 

⑤脱水作用

　既に有機を勉強している人なら知っているかもしれませんが、濃硫酸には脱水作用があります。アルコールからアルケン、エーテルを作るのがその代表例です。有機分野では頻繁に使うことになるので、覚えておきましょう。

 

 

　以上のように、希硫酸と濃硫酸はその性質と用途が大きく異なります。今回は紹介しませんでしたが、生成法や反応式などとともに頭にいれておきましょう！

 

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化学のワンポイントアドバイス：同素体と同位体

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　皆さんこんにちは！アシスタントアドバイザーの服部です。

　同素体と同位体、名前は似ているし、何度も見たことはあるけれども、いざ問題に出されるとどんなものか分からない…。こんな事態が模試などで起こっているのではないでしょうか？そこで今回は、そのような事態を防ぐべく、同素体と同位体について説明をしていきます。

 

●同素体とは

　同素体は同じ元素の単体でありながらも、原子配列や結合の仕方が異なることにより性質が異なっている単体のことです。黒鉛(C)とダイヤモンド(C)、黄リン(P4)と赤リン(P)，酸素(O2)とオゾン(O3)などがこれらに当てはまります。

 

●同位体とは

　同位体は、原子番号が同じであるけれども、原子に含まれる中性子の数が異なるために質量が異なる物質のことです。代表例は、(軽)水素1H、重水素2H、三重水素3Hがあります。それぞれの質量数は順に1, 2, 3となっており，中性子数は0, 1, 2となっております．また炭素原子などは、その質量が時間経過により変化し、他の同位体になるため、しばしば年代測定などに用いられます。

 

　このように、同位体と同素体は全くことなるものでありながら、共通テストをはじめ多くのテストで選択問題として、かなりの頻度で出てきます。必ずそれぞれどのようなものかをおさえておきましょう！

 

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熱化学方程式のまとめ

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【熱化学方程式のまとめ】

皆さんこんにちは！理論化学には慣れましたか？今回は理論化学の一分野である熱化学方程式の基礎について紹介していきます。

●熱化学方程式の作り方

熱化学方程式は化学反応式をもとに作ります。まず、化学反応式の着目する物質の係数を1にして、両辺をそれに合わせて揃えます。続いて、矢印を等号に書き換え、右辺に反応熱を書き加えます。この時に注意することは、今考えている反応が吸熱反応か発熱反応かによって反応熱の符号が変化するということです。反応熱が発熱なら＋を、吸熱なら－をつけましょう。そして最後に、反応式の各物質の状態を記入して完成です。

●反応熱の種類

反応熱にはいくつかの種類があります。まず最も想像しやすいのは燃焼熱です。物質が1 mol 燃焼するのに必要な反応熱をさし、すべて発熱反応になるのが特徴です。そのほかにも、物質を作るときに発生する生成熱、物質が水に溶けるときに発生する溶解熱、酸と塩基が混ざり中和するときに発生する中和熱などがあります。これら３つの反応熱は発熱反応、吸熱反応どちらもあるので式を作るときは注意しましょう。また、今回紹介したほかにも、状態変化により発生する熱や結合エネルギー、格子エネルギーなどもあるので、加えて確認しておきましょう。

 

●反応熱の計算

熱化学方程式のメインディッシュであり最も厄介なところが反応熱の計算です。反応式の計算方法は、熱化学方程式のみで解く方法と状態図を用いた方法の２つに分けられます。熱化学方程式のみで計算するやり方は、時間がかからない反面、間違えやすいというデメリットがあります。一方で状態図を用いると、確実性は上がるものの状態図を描く時間が発生します。また出題形式としても、状態図が書いてある場合、書いていない場合と両方あります。そのため、どちらのやり方でも解けるようにしましょう。

また、熱化学方程式のみの解き方に関してはいろいろな解き方がありますが、どの熱化学方程式の設問も扱いは同じなので、解き方は自分のやりやすいパターンをひとつ決めておくのがおすすめです。いろいろな方法を試して、自分に合ったやり方を決めておきましょう。

 

いかがでしたでしょうか？熱化学方程式は最初のうちは難易度が高いように感じるかもしれませんが、慣れて自分の解き方が確立できればスムーズに解けるようになる分野です。たくさん演習を重ね本番では満点を取りましょう！

 

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ハロゲンのまとめ

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【ハロゲンのまとめ】

皆さんこんにちは！化学の勉強は進んでいるでしょうか？有機から勉強する人、無機から勉強する人といますが、今回は無機のハロゲン元素にポイントを絞っていきます。

●ハロゲンとは？

ハロゲンは17族元素の総称で、主に受験で問われるハロゲンはフッ素(F)、塩素（Cl）、臭素(Br)、ヨウ素(I) の4つです。それらの共通の特徴として、単体が二原子分子 （Cl₂など） として存在すること、強い毒性と色を持つということ、酸化力が大きいということ、この３点が取り上げられます。特に３つ目の酸化力の強さなどは理論分野との融合問題として出題されやすいです。酸化力は周期表で上にある、電気陰性度の大きな物質ほど強くなるということもおさえておきましょう。

●フッ素の特徴

フッ素は強すぎる酸化力ゆえに単体で存在することは稀で、そのために受験ではフッ化物として問われることのほうが多いです。なかでもフッ化水素(HF)の水溶液であるフッ化水素酸はガラスの成分、二酸化ケイ素を溶かすことで有名で、保存はポリエチレン容器などが用いられます。二酸化ケイ素との反応式とともに確認しておきましょう。

 

●塩素の特徴

塩素は単体が黄緑色の気体として存在する物質です。受験においても出題されることの多い物質ですが、特に単体の塩素と塩酸の製法は頻繫に出題されます。塩素の製法である、酸化マンガンと濃塩酸を混ぜる方法と、高度さらし粉と希塩酸を混ぜる方法の２つを確認するのに加えて、単体塩素についてはその捕集方法もおさえておきましょう。また、塩酸は塩化ナトリウムと濃硫酸の混合で作られます。

●臭素の特徴

　臭素は常温常圧で液体として存在する、単体としては稀な物質です。赤褐色という色とともに覚えておきましょう。

●ヨウ素の特徴

　ヨウ素の単体は常温常圧で黒紫色（こくししょく）の固体で、ヨウ素デンプン反応で有名な物質です。ヨウ素デンプン反応は、デンプン水溶液にヨウ素の液体（ヨウ化カリウム水溶液など）を加えると、本来の褐色が青紫色になる反応です。そのため、デンプンを検知する目的で使用されます。

●酸の強さ

　ハロゲンの化合物の特徴として、塩酸に代表される酸の強さが挙げられます。塩酸は強酸、臭化水溶液とヨウ化水溶液も強酸です。しかし、フッ化水素酸のみ弱酸なので注意してください。

いかがでしたでしょうか？ハロゲンは特徴が明確で、無機を勉強するにあたって入門には最適な分野です。その一方出題頻度も高いので、無機をすでに勉強した人もまだやっていない人も、ぜひ勉強してみてください！

 

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気体の製法の勉強法

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【気体の製法の勉強法】

皆さんこんにちは！無機の勉強は進んでいますか？理論や有機は覚える範囲も少ないから共通テストや入試問題に対応できるけど、無機は覚えきれていない…という人もいることでしょう。今回は無機の頻出分野である気体の製法を紹介していきます。

　●反応式の覚え方

反応式はすべて覚えようとするとパンクします。反応式を覚えるときの重要なポイントは「その反応式で何が起こっているか」を理解することです。反応式によって示される化学反応の代表例は次の４つです。

 

①    中和

②    加水分解

③    酸化還元

④    弱酸（弱塩基）の遊離

 

全ての反応がこれらの反応に当てはまるわけではないですが、いままでやってきた気体の製法の反応式が今一度これらのどれに当てはまるかを整理しておさえましょう。

●実験の条件もおさえよう

気体の製法に限らず、化学反応は反応条件に左右されることが多いです。最もわかりやすい例は一酸化窒素と二酸化窒素です。どちらも硝酸と銅が反応物ですが、希硝酸とは一酸化窒素、濃硝酸とは二酸化窒素が生じます。またその他にも、触媒に二酸化マンガンを用いたり、濃硫酸で脱水したりと条件はあるのでよく気を付けましょう

 

　●気体の発生装置

近頃の問題傾向として、実験や実験装置に関する問題が出やすいということがあります。知識としては忘れがちですが、試験管の向きや脱水の順番などは聞かれることが多いので、なぜその順番にするのか、なぜその向きにするのかも含めておさえておきましょう。

 

いかがでしたでしょうか？気体の発生は無機のなかでも頻出分野のひとつです。反応式、実験の条件、発生装置の３点をよく確認し、模試、その先の本番に備えましょう！

 

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気体の勉強法

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【気体の勉強法】

８月の勉強は順調に進みましたか？３年生は第二回の記述模試の復習は済みましたか。今回は今後、気体の問題を解くうえでのポイントを紹介していきます。

 

状態方程式 「PV=nRT」 がすべて！

 

気体の問題を解くときに一番使う式、それが状態方程式です。圧力P、体積V、物質量n、気体定数R、温度Tを関連させる式ですね。ボイルの法則、シャルルの法則などの法則はありますが、これらの法則は状態方程式が分かっていれば当たり前のこととして捉えられるはずです。また、状態方程式を扱う上では一定となっている値が何かに着目すると、計算が楽になります。

 

図に整理しよう！

 

気体の問題は状態がいくつかの場面に分かれて変化します。化学では気体の反応途中を問う問題はあまりなく、反応前と反応後の状態方程式の各パラメータを求めれば変化を追うことができます。そのため、複数の図を描き、各パラメータを場面ごとに整理してあげるのが気体の問題を解くうえで非常に有効です。

 

温度に気を付けよう！

 

気体の問題で出てくる温度は、ほとんどがK（ケルビン）で計算しなければなりません。しかし、問題文中では「～℃」と書かれる場合が多く、特に100℃などの条件だと間違えが起こりやすいです。また、標準状態とだけとしか書いていない場合がありますが、標準状態は0℃、1気圧です。気をつけましょう！

いかがだったでしょうか？情報を図に整理して、温度に気を付けて、状態方程式を用いて各パラメータを求める、これが基本的な気体の問題の計算の流れです。実際に問題をたくさん解いて、模試では完答を目指しましょう！

 

 

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