大学受験化学で質問

・「硫酸銅(II)の水溶液は酸性を示す」
とあるのですがわからない、中性になると思うので、なぜなのでしょうか？
・ビーカー中の希硫酸に亜鉛板と銅板を離して浸すと、亜鉛板の表面から水素が発生するが、「両板を接触させると、亜鉛板の表面から水素の発生は著しく減り、銅板の表面から水素が発生するようになる。」
「」部がまったく私にはわかりません。どういうことがおこってるのでしょうか？
・銅の電解精錬でイオン化傾向の小さい金などが「陽極泥」となる。
とあるのですが金などは陰極で反応し陰極で沈殿するのではないのでしょうか？
・「水分子は水素イオンを他の物質から受け取ると塩基として働く。」
とあるのですが例えば塩化水素HCLを受け取るとしたら酸として働くと思うので「」部は間違いと思ってしまうのです。どう違うのか教えてください。

No.4 ベストアンサー 回答者： htms42 回答日時： 2010/01/30 10:37

・「水分子は水素イオンを他の物質から受け取ると塩基として働く。

」

これは問題文そのままですか。
前に何か文章がありますか。
どういう文脈で出てきたものでしょうか。

２つの文章で主語を確認してみましょう。
Ａ：「塩化水素HCLを受け取るとしたら酸として働く」（ＨＣＬでなくてＨＣｌです。）
　「受け取る」の主語は「水」ですね。「酸として働く」の主語は何でしょう。この文章であれば受け取るの主語と同じ「水」です。だから「水が酸として働いた」という文章になっています。内容のおかしい文章にになっています。
酸として働いたのはＨＣｌのはずですね。水溶液が酸性になれば水に溶けている物質が酸です。酸とは水溶液を酸性にするような働きをする物質です。これは普通の定義です。酸性はリトマス試験紙の色を変えます。金属を溶かします。すっぱい味がします。化学式がわからないときからこういう性質を酸性、そういう性質を生じるのが酸の働きだとしてきたのです。酸性の原因がＨ^+だと理解されるようになってから「酸性にする」という表現が「水中にＨ^+を生じる」という表現に変わりました。「アレニウスの定義」と呼ばれているものですが古くからの定義と同じものです。
水については何も言っていません。酸や塩基が溶けて酸性やアルカリ性が生じる舞台を作っているだけです。酸性やアルカリ性は酸や塩基が溶けることによって水の性質が変わったということを表しているのですから水だけであれば中性であるということになるはずです。基準になる物質です。酸性やアルカリ性は水溶液の性質です。
Ａ'：「ＨＣｌを水に溶かすと水溶液は酸性になる。ＨＣｌは酸として働いている。このときＨＣｌは水にＨ^+を渡している」
という文章にすれば普通の酸の定義になります。

Ｂ：「水分子は水素イオンを他の物質から受け取ると塩基として働く。」
「受け取る」の主語も、「塩基として働く」の主語も「水」です。水が塩基として働いたという意味です。Ａ'の文章と違いますね。
Ａ’では「ＨＣｌが酸として働いた」、Ｂでは「水は塩基として働いた」と言っています。矛盾する内容ではありません。でもＢはＡ'にない内容を含んでいます。

Ａ’での水は酸の働く舞台というだけです。Ｈ^+が存在する場所です。でもＨ^+を受け取る能力を持っているからこそ酸性という状態が実現します。それを表しているのが
ＨＣｌ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ３Ｏ^+＋ＯＨ^-
という式です。
ＨＣｌからＨ２ＯにＨ^+が移動しています。ＨＣｌでなくても酸であればすべて同じようにＨ^+が移動します。酸に強弱があるのは（ＨＣｌ＞ＣＨ３ＣＯＯＨという酸の強さの違いは）この移動の能力の違いだということになります。
ＮＨ３はアルカリ性の物質です。水溶液中でＯＨ^-を生じます。
その変化を式で表すと
ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ４^+＋ＯＨ^-
です。この場合もＨ^+の移動が起こっています。Ｈ２ＯからＮＨ３にＨ^+が移動することで水溶液の中にＯＨ^-が生じているのです。
そうするとこれらの物質をすべてＨ^＋の移動という立場から順序づけてみようという考えが出てきます。酸の強弱というひとつの基準で並べてみようということです。強弱の判定基準はＨ^+の押し付け合いです。
ＨＣｌ＞ＣＨ３ＣＯＯＨ＞Ｈ２Ｏ＞ＮＨ３
となります。
こうなると水は酸や塩基が溶けて酸性やアルカリ性という性質を生じる舞台ではなくて順番の中のひとつの物質ということになります。水に酢酸を溶かす場合も酢酸に水を溶かす場合も同じように考えることができるようになります。酢酸にアンモニアを吹き込む場合も塩化水素を吹き込む場合も考えることができます。ＨＣｌを吹き込めば
ＨＣｌ＋ＣＨ３ＣＯＯＨ→［ＣＨ３ＣＯＯＨ２]^+　Ｃｌ^-
が生じるだろうという予想もできます。
水溶液をとくべつなものと考える必要はありません。同時に水を基準にしていた酸性とかアルカリ性とかも意味を失います。
水の代わりにアルコールを溶媒としたときの酸の働きを考えることもできます。
酸・塩基の違いはなくなってただ「強さの異なる酸がある」ということだけになります。

これで終わりなんですがここから余計なことをやっています。

強さの異なる２つの酸が混ざると、強い方から弱い方にＨ^+が移動します。
これを「弱い方の酸は強い方の酸に対して塩基として働いている」と表現しているのです。これはブレンステッドの定義です。
従来の酸・塩基の定義で使い慣れている言葉を相対的な酸の強、弱に当てはめたものです。
「酸という言葉に一本化した」はずなのにまた塩基という言葉が復活してしまっています。（どういう定義であれ水溶液の場合は同じ内容にならなければいけないはずですから言葉としても同じ言葉が使えるほうがいいという判断かもしれません。）
習い始めたばかりのときはこれが混乱の原因になります。
それにつけこんだ「水は酸としても塩基としても働く」というようなクイズもどきの問題が出てくることになります。

No.3 回答者： htms42 回答日時： 2010/01/29 09:56

・「硫酸銅(II)の水溶液は酸性を示す」

これは実験事実です。リトマス試験紙でもわかるレベルです。
これの理由が問題で訊かれているのでしょうか。それともこういう記述がでてきたので疑問に思ったということでしょうか。
理由は＃２にあるように[Ｃｕ(ＯＨ)]^+ができているということです。Ｃｕ^2+とＯＨ^-のくっついている理由が知りたくなりますね。
硫酸銅の結晶では結晶水が含まれているというのがでてきます。銅イオンの周りにはＨ２Ｏが４つくっついています。これが水に溶けてもそのままくっついていると考えるといいです。
[Ｃｕ(Ｈ２Ｏ)4]^("+)です。このＨ２ＯからＨ^+が離れると[Ｃｕ(Ｈ２Ｏ)3(ＯＨ)]^-になります。水酸化物が水に溶けにくいような金属イオンではこういう形の水和水の電離が起こると考えていいだろうということになります。こうしてＨ２ＯがＯＨ^-に変わると中心にあるＣｕ^(2+)に引き寄せられます。水溶液をアルカリ性にするとこういう電離がさらに起こりやすくなります。これは弱酸の電離と同じ仕組みだということです。濃い水酸化ナトリウム水溶液にＣｕ(ＯＨ)2はいくらか溶けるというのも[Ｃｕ(Ｈ２Ｏ)(ＯＨ)3]^-ができると考えれば理解しやすいです。Ｈ２Ｏが順番にＯＨ^-に変わっていくのです。

高等学校ではこういう水酸化物の構造はでてきません。
どういう構造のものが存在するかを決めにくいということがあるからでしょう。（上に書いたような簡単なイメージのものだけではないようです。）
銅の水酸化物は水に溶けにくいです。水に溶けにくい水酸化物を作るような金属イオンを含む塩の水溶液はすべて酸性です。
ＺｎＳＯ4，ＭｇＳＯ4も酸性です。Ａｌ2(ＳＯ４)3の酸性はかなり強いです。一般に水酸化物は塩基ですから難溶性であるということは弱塩基であるということと同じです。
水和イオンの構造で考える代わりに
「弱塩基と強酸の塩の水溶液は酸性である」
という記述だけで済ませてしまっている場合が多いです。

（分析の単元で金属の水酸化物の沈殿がたくさん出てきます。でも出てきた金属イオンについてだけ成り立つのではありません。水に溶ける水酸化物ができる金属イオンの方が少数派なんです。周期表の中の左の２列、アルカリ金属と、アルカリ土類金属に属する元素だけです。水によく溶けるからこそ「アルカリ」という名前がついているのです。強塩基です。１０個しかありません。残りはすべて水に溶けにくいです。）

No.2 回答者： lialhyd 回答日時： 2010/01/27 16:17

CuSO4はですね、水に溶かしたときに　Cu2+だけでなく[Cu(OH)]+が多少生成するのです。

すべての銅イオンがCu2+のみで存在していれば中性ですが、そうではないので酸性になります。

接触させる、ということは2つの金属を導線で結ぶのと同じ効果があるため、これはボルタ電池と考えるとよいでしょう。
亜鉛からの電子は直接水素イオンに渡されることもあるでしょうが、大多数は銅板を通じて水素イオンに渡されることになります。

金はイオンとして存在するわけではありません。
粗銅には、金などが不純物として（単体の状態で）含まれています。
これらは結局全く溶けませんから、陽極の銅が溶ける段階でボロボロと崩れ落ちて陽極の下にたまるのです。
これを陽極泥と呼んでいます。
つまり、金に関しては元々陽極に含まれていて、なんら化学変化は起こしていないわけです。

ブレンステッドの定義においては、酸・塩基を反応ごとに定義します。
酸：ある反応において、H+を与えている物質
塩基：ある反応において、H+を受け取っている物質

ですから、「水素イオンを他の物質から受け取る」という反応においては、水分子は塩基という理解でいいのです。
ちなみに「HClを受け取る」ということはできません。

水分子が塩基として働く例
HCl　＋　H2O　→　H3O+　＋　Cl-
H+はHClからH2Oに受け渡された。H2Oは受け取る側なので塩基である。

水分子が酸として働く例
NH3　＋　H2O　→　NH4+　＋　OH-
H+はH2OからNH3に受け渡された。H2Oは与える側なので酸である。

No.1 回答者： Tacosan 回答日時： 2010/01/27 16:11

CuSO4aq は... 酸性だろうなぁ. Cu(OH)2 が強塩基だとは, ちょっと思えない.

2つ目は簡単で, 単に電池になっただけです.
3つ目は電解製錬の仕組みが分かれば簡単. 陽極の粗銅に含まれる金や銀などがそのまま下にたまっていきます. これらがイオンになったとしても, 銅が残っている限り銅に電子を渡して自身は単体に戻ります.
最後は酸とか塩基がどういうものか再確認してください.