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最近授業で酸と塩基について習いました。
おおよそ理解できてるつもりだったのですが、テスト前に問題を解いていて分からないところを発見しました。教えてください。

問 次の塩はどのような酸と塩基の中和で生じたものか。
   (NH4)2SO4
答えは H2SO4とNH3ですよね!?

ここまではわかるんです。で、この問題では特に問われてはいないのですが、この中和反応を化学式にするとどうなるのでしょう。
(1)H2SO4+2(NH3)→(NH4)2SO4 でしょうか?
 単純に硫酸とアンモニアを足してみました。
それとも…
(2)H2SO4+2NH4(OH)→(NH4)2SO4+H2O でしょうか?
 アンモニウムイオンは、水溶液中で水酸化物イオンをうけとるのですよね。
(1)(2)どちらでもOKでしょうか?
あと、(1)の反応の説明ができません。アンモニウムイオンでない中和反応の場合、普通はH+やOH-を手放して塩になるじゃないですか。混乱状態です。

こんなアホにでも理解できる、易しい解説をどなたかお願いします!!

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A 回答 (8件)

水酸化アンモニウムNH4OHというのは昔の本には載っています。

でも高校の教科書でも物理化学の教科書でも最近のものには一切載っていないはずです。高校の教科書では少なくともここ20年は載っていません。アンモニア水の中ではほとんどがNH3として存在するということ(0.1Molで1%程電離しています。)で反応式は全てNH3を使っています。
電離の説明は
NH3+H2O⇔NH4++OH-(1)
です。必要に応じてこれを使います。解離してイオンになっているかNH3のままかどちらかであるということです。この2つの状態とは別のNH4OHを考えないといけない理由がないのです。
酸の場合も同じですね。
CH3COOH+H2O⇔CH3COO-+H3O+
オキソニウムイオンの表示は面倒くさがられてなかなか普及しません。でもこの様に書くとアンモニアと酢酸が対応します。CH3COO(H3O)と書く人は居ません。NH4(OH)と書くのはこれと同じものだと思うのですが。

塩酸とアンモニア水の中和反応の式は
HCl+NH3→NH4Cl(2)
です。これは水が入っていませんが水溶液の反応式です。化学反応式は変化したものだけについて書き表すというのが了解事項です。反応に関係しても結果的に量は変化しなかったものは消えてしまいます。
HCl+NH3+H2O→(H++Cl-+NH4++OH-)→H2O+NH4Cl(3)
両辺のH2Oは共通ですから反応式から消えてしまいます。
溶媒の水も書きません。だから反応式(2)では水中の反応、気相の反応の区別はつきません。
水中の反応と気相の反応とは反応の仕組みが違うかもしれませんが反応式は同じになります。
量の変化しないものは書かないということから触媒も式の中に現れてきません。

Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
これも中和反応です。水溶液中の反応か固相、気相の反応かの区別はつきません。

「水溶液中で酸・塩基として働く物質は水のないところでも直接反応することが可能である」と考えるといいと思います。
CaO+CO2→CaCO3
も中和反応とすることが出来ます。

「中和によって水が出来るということが式の中に現れていなければ困る」と考えているから出発物質をNH4OHとするという考えが出てきているように思います。でも今の立場は「水が出来たからと言って式の中に水が出てくるとは限らない」ということになります。

また反応式をNH3だけで表しておけば強酸水溶液のH3O+がOH-と反応したのか、未解離のNH3と直接反応したのかというややこしい議論にも関わる必要がなくなります。
高校ではとにかく(1)を前提とした(3)ですからアレニウス一本です。

化学式を書くのが面倒でしたので硫酸の代わりに塩酸で書きました。
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NH4OHが分子として存在するかどうかの話をしたつもりはなかったのですが・・・大体これが分子なら、窒素のバレンスが変です。


前述したR4NOHも水溶液なので当然電離してますし。
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#5です。

少し補足します。
CO2とH2CO3、NH3とNH4OHは似た関係であると受け取られている方もいるかもしれません。でもはっきり違うことがあります。H2CO3は分子です。NH4OHは分子ではあり得ません。NH4OHが水中で確認できていないというのは当然だと思っています。水溶液中で分子状のNaOHを見つける作業のようなものです。NaOHは濃縮すれば固体として取り出せますのでクラスター状のものが見つかるかもしれません。でもこれは分子とはいいません。NH3の水溶液では平衡がNH3に偏っています。濃縮すれば気体になって出て行きます。NH4OHを探すのは意味のない作業のように思います。#5で書いたように酢酸イオンとオキソニウムイオンのイオン結合性物質を水中で探すことに対応します。でも見つかるのはCH3COOHかCH3COO-のどちらかでしょう。
確かポーリングの「一般化学」の中にNH4OHが存在しないという話しが出ていると思います(ちょっと怪しいです)。昔は話題になったのでしょう。分子性の電解質とイオン性の電解質の区別がついていないのが当時の状況だったからかもしれません。自然は原子、分子、物質という階層で出来ているという自然観もよく耳にしました。この説ではイオンが出てきません。イオンがイオンのままで物質を作るというのは専門家以外ではなかなか一般化しなかったのです。「電離」というのは「分子がイオンに別れること」という理解だったのです。未だに「NaClの分子」という言葉が使われているのはそのなごりでしょう。

私は授業でH2CO3は使っていますがNH4OHは一切使っていません。
CO2+H2O⇔H2CO3⇔H++HCO3-
の様に書いています。
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ひとつだけ.


CO2 の場合は H2CO3 と書く根拠があります.というのは,溶存種として H2CO3 があることが分光学的に検出されているからです.実際には CO2 として分子状で溶解しているものと平衡で存在しているのでしょうし,これを区別して扱うことは通常の分析化学的範囲では必要ではないでしょうけど.
それに対して,NH4OH はあくまでも仮想的なもので,実在は検出されていないのです.溶存種は(水和した)NH3と(水和した)NH4+なので,NH4OH は便宜上以外に出番はありません.
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質問者さんの疑問に対する回答としては、NO1~NO3までのご回答で尽きていると思います。

高校生または中学生の方でしょうから、深い議論は不要でしょう。
以下は、私の考えを述べているに過ぎませんので、質問者さんはご参考までにお願いします。

私も、NH4OHという化学種については素人です。
しかしながら、例えばR4NOH(R = エチル基など)といった化合物の水溶液は市販されており、実際にこの化学種として妥当な反応性を持ちます。
このことからの類推としては、NH4OHがたとえ反応中間体ではあっても、存在しても良いと思います。
決して、c80s3xxxさんのご回答に対する批判のつもりではありませんので、お気を悪くされないようお願いしたいのですが。

とはいえ、アンモニア水の水溶液と硫酸を反応させた場合、果たしてNH4OH(存在するとして)と溶存アンモニア分子のどちらが優先的に反応するのか?というのは尽きない疑問ですね。こんな単純な反応でも意外に良く分からないのだから化学は奥が深い。
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考え方としては (2) でもありなのですが,実際にはこれはだめでしょう.


なぜなら,NH4OH という化学種は (水溶液中にも) 存在しないと考えられているからです.
高校化学の教科書でも,おそらく現在はこの書き方は載っていないと思います.確認してませんが.
(1) に関しては,NH3 が H2SO4 から H+ をもらって NH4+ になっているわけで,当然 NH3 が塩基,H2SO4 が酸です.
濃硫酸 (ほぼ100% H2SO4) にアンモニアガスを通じれば,まさに (1) の反応がおこるのでしょうね.
水溶液中でも,突き詰めれば同様に考えていいということでしょうが,水溶液中にはそもそも「(NH4)2SO4」というものは存在していないことにも注意してください.これは水を蒸発させた後にしか存在しません.溶液中にいるのはあくまでも NH4+ と SO4(2-) です (ほかにもいるけど,今はちょっと無視).
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どちらでもOKです。


教科書などにも両方が書かれていると思います。
ただし、高校では酸のH+とアルカリのOH-から水が生じる反応を中和反応と定義していますので、それに準じた書き方をしたければ(すなわち、水が生じることを式の上からも明示したければ)(2)にすれば良いということです。

高校で、アルカリという言い方と塩基という言い方を習うと思いますが、アルカリというのは、アーレニウスの定義に基づいたもので水溶液中での反応を想定しています。その場合には、水が生じる必要があるわけですが、アンモニアと硫酸の反応は水以外の溶媒中でも起こる反応です。その場合には、アーレニウスの定義の適用範囲外になりますので、No.1の回答にありますブレンステッド-ローリーの定義が適用されることになり、そうなればNH4OHと書くのは不適当ということになります。

話がややこしくなってしまいました。少々分りにくいですね。
要するに、反応の本質は(1)ですが、水溶液中の反応であれば(2)で表してもよいということであり、さらに高校での中和の定義にあわせて水が生じることを表す必要があれば(これは自動的に水溶液中での反応ということになります)(2)の方が良いということになると思います。
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ブレンスッテッド・ローリーの酸と塩基の定義では、


水素イオンを与える物質を酸
水素イオンを受け取る物質を塩基
と定義されています。
ゆえに(1)は硫酸から水素イオンをアンモニウムが受け取っているという考えになりますね。

あと、
>アンモニウムイオンは、水溶液中で水酸化物イオンをうけとる
についてですが、受け取るのではなく水溶液中では以下の反応
NH3 + H2O ⇔ NH4+ + OH-
となっていて、水酸化物イオンを出しています。このときブレンステッドの定義より、アンモニアが塩基で水が酸ですね。
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教科書に載っている酸・塩基の定義を見ると
酸:水に溶けてH+(正しくはH3O+)を出す物質
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とあります。

「水に溶けて」ということですから水溶液が前提です。
中和が起これば酸の性質、塩基の性質が互いに打ち消されるのですからH++OH-→H2O
が起こっています。これは定義から出てくることです。水中のH+とOH-が減少しなければ中和ではないはずです。
でもH2Oが生じるということと反応式の中にそのH2Oが出てくるということは別の問題です。

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反応式の中にH2Oは出てこなくなります。

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教科書に載っている酸・塩基の定義を見ると
酸:水に溶けてH+(正しくはH3O+)を出す物質
塩基:水に溶けてOH-を出す物質
アルカリ:水によく溶ける塩基
とあります。

「水に溶けて」ということですから水溶液が前提です。
中和が起これば酸の性質、塩基の性質が互いに打ち消されるのですからH++OH-→H2O
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