(大学受験）問題集の相談と、フェノールなどについての質問です

「化学IB,II」（三國均）という問題集をやっているのですが、以下の既述が、よく分かっていません。どなたか、もう少し分かり易く砕いて説明していただけたら、嬉しく思います。
　
酸性の強さが、SO2H >> -COOH > (CO2+H2O) > C6H6OH
となるのは覚えているのですが、その後の既述

「フェノールは炭酸より弱酸だから、Na2CO3またはNaHCO3の水溶液にフェノールを加えても反応しないが、ナトリウムフェノラート（横から質問：フェノキシドと同じですか？）C6H5ONaにCO2を吹き込むと、フェノールが析出する。
C6H5ONa + CO2 + H2O → C6H5OH + NaHCO3」
という部分と、
「一方、カルボン酸は炭酸より強い酸だから、Na2CO3またはNaHCO3の水溶液と反応して、カルボン酸のナトリウム塩に変わる。カルボン酸の分子量が大きいものは水に不溶だが、ナトリウム塩は水によく溶ける。
RCOOH + Na2C3 → RCOONa + NaHCO3」
（横から質問：RというのはCHの化合物でしょうか？）
また、
「カルボン酸のナトリウム塩に、CO2を吹き込んでも反応しない」

ここまでの部分なのですが、何故フェノールはNa2CO3と反応しないのでしょうか？　カルボン酸がNa2CO3と反応するのは何故でしょうか？　
　
勉強についての質問：
理系に進もうと思ったのが、今年度になってからで、化学は文字通り、完全に捨てていました。4月の時点では偏差値は30台でした。それ以降、まずは教科書を読み始め、「チャート式化学(解法と演習）」を2回以上繰り返してやり終えたのが9月、10月から上記の問題集をやり始めて今２巡目が終わろうとしています。今の偏差値は、60近くのところです。
目標大学には、まだ偏差値が届きませんので、今の問題集が終わったら、センターと2次に向けて、問題集をやりたいと思っているのですが、何かお勧めのものがありましたら、お願いします。

No.6 ベストアンサー 回答者： mogula 回答日時： 2004/11/24 20:09

>対数表記について

深く悩む必要は無いですよ。
単に、水素イオン濃度を表記するのに都合がよいからです。つまり、
水素イオン濃度が0.00000000001mol/l（10のマイナス11乗）の水酸化ナトリウム水溶液と言うよりも、pH11の水酸化ナトリウム水溶液と言ったほうが楽だからです。

　偶々、水素イオン濃度の範囲が（通常）0.1～0.00000000000001(マイナス14乗)の配位で分布するから、10の何乗という値に注目すれば表記が簡単だね。と言うことです。ついでに、常にマイナスが着くから、面倒なのでマイナスも省略しましょうと言って、定義したのが、pHです。

で、この対数表記なのですが、化学にだけ見られる特別な例ではなく、結構日常的に出てきます。
例えば、星の明るさを示す「一等星」とか「二等星」も対数表記なので、実際には10倍明るさが違います。また、騒音などを計る単位のdB（デシベル）も対数表記です。世の中、対数表記のものって結構あるんです。人間の感覚は、対数関係でも結構比例関係になっているように感じることが良くあるのです。

この回答へのお礼

どうも有り難うございます！！

感心しながら読みました。数学の対数の問題では、青チャートの総合演習レベルの問題が難しいと思っていて、何の役に立つのか？と思っていましたが、それ程有用だとは思いませんでした。

今日は駿台系の化学の標準問題集を買ってきまして、入試までに総復習しますが、これからもっともっと、勉強することがありあそうです。

お礼日時：2004/11/25 00:30

No.5 回答者： mogula 回答日時： 2004/11/22 21:08

なんだか、混乱してしまったようなので、厳密には正しくない説明ですが、補足しておきます。

厳密には、大学1年生でやります。

まず、酸の強さはcoffeebeatさんが言っているように、
SO2H >> -COOH > (CO2+H2O) > C6H5OH
です。ここで、(CO2+H2O)と言うのが、炭酸のことです。したがって、炭酸＞フェノールです。
(CO2+H2O)が炭酸と言うのは、(CO2+H2O)がCO2の水溶液を意味しているからで、
　CO2+H2O←→H2CO3　　　　：溶解平衡
　H2CO3←→H(+)+HCO3(-)　 ：H+の乖離平衡K1
　HCO3(-)←→H(+)+CO3(2-) ：H+の乖離平衡K2
この式の2段目を見ているからです。

尚、酸の強さは一般に、
HA←→H(+) + A(-)　　：Aは何でも良い
の式において、「A(-)の出来やすさ」で定義されます。HAの乖離平衡(上の平衡式)を考える高校の範囲なら、「A(-)の出来やすさ」＝「H(+)の出しやすさ」なので、「H(+)の出しやすさ」と言っても結局同じことです。

　ここで、pHの定義と同じように、乖離平衡にある式の平衡定数K（A(-)の出来やすさなので一般にはKaと書きます。）に自然対数にして、マイナスをつけます。
pKa＝-log(Ka)
KaをHに置き換えれば、まさにpHですね。
したがって、pKaが小さいほどHAは強い酸となります。
（pHが小さいほど強い酸というのと一緒）

で、このpKaは既にいろんな物について値が調べられていて、例えば、298K (＝25℃)の水溶液では、
塩酸：-7
硫酸(H2SO4)：-2
硫酸水素イオン(HSO4(-))：1.92
酢酸(CH3COOH)：4.75
炭酸(H2CO3)：6.37
フェノール(C6H5OH)：9.89
炭酸水素イオン(HCO3(-))：10.25
となります。
炭酸水素イオン(HCO3(-))などあれ？と思うかもしれませんが、HCO3(-)←→H(+)+CO3(2-)の式で、A＝CO3(2-)と考えれば、HA←→H(+) + A(-)の形になりますね。

つまり、厳密には
硫酸(H2SO4)>>酢酸(CH3COOH)＞炭酸(H2CO3)＞フェノール(C6H5OH)＞炭酸水素イオン(HCO3(-))
となり、ナトリウムフェノラートは、炭酸と反応することになります。
また、この序列を見てわかるように
炭酸ナトリウム(Na2CO3)はフェノールと反応しませんが、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)はフェノールよりも弱い酸(炭酸水素イオン)の塩なのでフェノールと反応します。

この回答へのお礼

どうもありがとう御座います！！
乖離平衡のところが、多分まだしっかりとつかめていないと自分では思うのですが、全体としては酸の強弱の勉強になり、面白いと思いました。

CO2の水溶液における、「H+の乖離平衡K1」の式について、今までは漠然と炭酸が酸だと覚えていただけで、自分の中に曖昧さがあったので、炭酸水素イオンとの関連で、酸の強さの序列が、納得いきました。

それから、例えばHClやNaOHで、pH計算を対数で行うことについて、最初は対数が「いきなり出てきた」という感想をもちました。つまり、どこから対数が出てきたのだろう？と思っていました。実は教えてくださった上記の内容でも、対数がいきなり出てきた、という感想があるのですが、今後疑問点を記憶しておいて、勉強していきます。

お礼日時：2004/11/23 20:28

No.4 回答者： kacchann 回答日時： 2004/11/21 02:12

素人なので、よろしく…。

かつての受験生、という立場で回答してみます。

---
もう疑問は解決したのかな？

(1)カルボン酸がNa2CO3と反応するのは何故でしょうか

酸の強さは

R-COOH(カルボン酸) > H2CO3(炭酸)

です。これはいいですよね。
さらに、

H2CO3(炭酸) > HCO3(炭酸水素イオン)

です。(一般に、2価以上の酸には同様のことがいえる)

したがって、

R-COOH(カルボン酸) > HCO3(炭酸水素イオン)

です。

---
(2)何故フェノールはNa2CO3と反応しないのでしょうか？

僕は、「フェノールはNa2CO3と反応する」と思うんだけどな…。

そんな僕の個人的な予想はともかく、
この問題「フェノールはNa2CO3と反応するかどうか」を解くためには、
(その「参考書」の論法から言っても、)
「フェノール」と「HCO3(炭酸水素イオン)」の、「酸の強さの大小」がわからなければ
話にならないわけで(だよね？)、
でもその「参考書」には
「フェノールと炭酸(H2CO3)の、酸の強さの大小」は書いてあっても、
「フェノールと炭酸水素イオン(HCO3)の、酸の強さの大小」は書いてないので、
よってこの問題は解きようがない。
つまり、その「参考書」の記述は間違い(、もしくは、なんの説明にもなっていない)だと思う。
---
「じゃあ、フェノールと炭酸水素イオン(HCO3)って、どっちが(酸として)強いの？」という疑問がわくと思うケド、
ちょっと僕にはわからない。
ただ、たいていの参考書には、その記述がないのだから、
入試でもそこはあんまり問われないのかもしれない。(断言はしないけど)

---
ただ、僕が使っていた参考書には、
はっきりと「フェノールは炭酸ナトリウムと反応する」と書いてあったし、

つまり、酸の強さとして

H2CO3 > フェノール > HCO3

という立場をとっています。

---
個人的には、
実際に実験して確かめてみたいナー。

この回答へのお礼

どうもありがとう御座います！！
確かに、フェノールと炭酸水素イオンとの比較がないですね。
C6H6OH + NaHCO3 (← H+ + HCO3-の塩と考えて)
の反応と考えると、酸の強さが　フェノール > HCO3- の場合、上の式が強酸と弱酸塩の反応となるなので、強酸は H+ を離して Na+ を取ることになりそうです。
うーん、どう考えていったらいいのかなー？

お礼日時：2004/11/22 04:12

No.3 回答者： mogula 回答日時： 2004/11/20 11:21

本題については既に回答があるので、

＞フェノキシドとフェノラートは同じか?
　同じです。まったく同じです。
　化学物質には命名のルールがありまして、IUPACという所が決めています。それによるとアルコール(alcohol)やフェノール(phenol)の水酸基(－OH)から水素イオンが取れてアニオン種になったものは、語尾の-ol(～オール)を-olate(～オラート/オレート)に変えるとあります。しかし、特例として置換基部分(XO-)に短縮名がある場合は短縮名の語尾の-oxyを-oxideに変えて命名しても良いとあります。置換基の短縮名とは、CH3O-（メトキシ基）、C2H5O-(エトキシ基)、C6H5O-(フェノキシ基)などのことです。

　実際には、化学の分野ではフェノラート(フェノレート)を使う人が多くて、産業に関係した分野でフェノキシドと呼ぶことが多いような気がしますが、どっちも一般的に使います。
　まあ、野球で某チームを読売巨人軍と読んだり、ジャイアンツと言ったりするのと同じです。

＞Rは何のことか?
　Rは有機化学の世界ではアルキル鎖一般を指します。つまり、R-と書いてあったら、CH3-（メチル基：Me-）、C2H5-（エチル基：Et-）、C3H7-（プロピル基：Pr-）、とCnHm-(アルキル基：R-)一般に何でもいいよと言う意味です(勿論枝分かれしていてもOKです)。狭い意味では飽和炭化水素を指しますが、R-がH-(つまりn=0、m=1)を含む場合や不飽和炭化水素も含んでいるときがあります。
　これは、化合物の反応を考えるときに、あまり関係が
無い部分は纏めてしまったほうがわかりやすいだろうと言う発想と、どうせ纏めるなら性質が似たものを纏めといたほうが良いという発想の賜物です。
　質問の例（RCOOH + Na2C3 → RCOONa + NaHCO3」）では、大事なのはカルボン酸(-COOH)と炭酸塩(Na2CO3)の反応なので、カルボン酸の置換基については（アルキル鎖である限り）本質的な違いは無いだろうと言う意味を明確に示すためにRCOOHと書いているのだと思います。

　尚、芳香族置換基の場合（C6H5-フェニル基：Ph-)とか、芳香環が二つ付いたナフチル基とかは、Ar-（芳香族の英語のAromatic）と書きます。

この回答へのお礼

どうもありがとう御座います！！
体系的な説明をしていただき、とても勉強になりました。
僕が少しでも曖昧だと感じる部分について、明らかにしてもらえましたので、今後勉強するときに、こうした部分について抵抗が減ると思います。

お礼日時：2004/11/21 01:32

No.2 回答者： korinngo 回答日時： 2004/11/20 02:48

大学受験的にわかりやすく、科学的には間違いがあるかもしれませんが、書きます。

酸の強さはH+の量で決まると思います。pHの定義から簡単にわかることですね。つまり、H+を出しやすい方が酸性が強いということです。つまり酸性の強さの順に　SO2-(マイナス)>>COO->HCO3->C6H6O-になりやすいわけです。陰イオン(アニオン)になりやすい？解離しやすいといったらよいのでしょうか？H+を簡単に離してしまうということです。ここまではよいですか？

次にC6H6ONaになっているということは、H+を離している状態とみなせます。C6H6O-になっているということです。

では、本題にはいります。
C6H6O-とHCO3-(CO32-(2マイナス))を比べた場合どちらが、マイナス(陰イオン、アニオン、マイナスイオン)になりやすいでしょうか？　それは上に書いたとおり、HCO3-ですね、つまりこちらが、H+を離している⇒NaHCO3になりやすいということです。なので、NaはC6H6ONaから外れて、H+とくっつき、よりなりやすい、NaHCO3になります。

2つ目カルボン酸と炭酸水素ナトリウムも同様です。自分で、どちらがH+を離してマイナスイオンになりやすいのか、考えて見てください。マイナスイオンになりやすいほうに、ナトリウムはつきます。２つの物質を比べたときに、マイナスイオンになりやすいほうにナトリウムがついていたら反応しないし、なりにくいほうについていたら、なりやすいほうに移ろうとして反応します。こちらは一度自分で考えてみてください。

理系にうつろうと思ったのが遅かったので詰め込みになるのはしょうがないと思うのですが、本来ならば、酸の強さとは何を意味しているのかなど本質(高校受験の範囲で)を考えて勉強しないと応用がきかないのではと思います。とはいいつつ、自分が学生だったときはたぶん、酸の強さではなくＮａになりやすい順として覚えていただけかも知れないです。もう忘れてしまいました。

この回答へのお礼

どうもありがとう御座います！！
酸性になり易い、ということは、逆から見れば、マイナスイオンにもなり易い、ということなのですね！
カルボン酸と炭酸水素ナトリウムでは、カルボン酸の方がH+を離しやすく、それが炭酸水素イオンについて、Na+はカルボン酸の方につく、ということになるのですね。

化学の基礎も出来ていませんが、数学や生物なども含めて、とにかく基礎を確実にしよう、と思っています。

お礼日時：2004/11/20 10:28

No.1 回答者： kittenandcat 回答日時： 2004/11/20 00:17

弱酸の遊離反応です。

弱酸の塩　+　強酸　→　弱酸　+　強酸の塩
です。ここまで言えばわかるでしょ。
ナトリウムフェノキシドのこと。てか、あなたのレベルなら化学式見ればわかるでしょ。C6H5ONaって書いたるやん。

Rは何でも良い。蟻酸の可能性もあり。

コメント
偏差６０近くあるなら、ほかの苦手科目勉強したほうがいいじゃない？京大とかの一流大学目指しているなら別かもしれないけど。

この回答へのお礼

どうもありがとう御座います！！
簡潔な公式で、応用も利きそうです。強い方にNaがつくのですね。

、、、化学は授業中に寝ていたり他の勉強をしていたりして、先生の話を全く聞いていませんでしたので、基礎が出来ていない、と思います。だから、参考書を一文字残らず読む、というやり方をとっています。それでも重要事項を忘れたり見落としたり、理解できていない、など、問題が多いので、センターから2次のためには、化学の力をもう一回り高めようと思っています。

お礼日時：2004/11/20 10:18