揮発性酸遊離反応とは?塩化水素や硝酸の製法である理由とは？

こんにちは。

昨日このようなコメントがきました。

はじめまして。

ここにつまづく人って結構多いです。

 

気体の製法を勉強した人なら、必ず一度は通る道だと思われます。なので、この記事では、揮発性酸遊離について、学び、

 

その後にこの理由を説明しておきたいと思います。

揮発性酸遊離反応とは、弱酸遊離反応とセットだ！

揮発性酸遊離反応とは、ほとんど弱酸遊離反応と起っている反応は同じです。そのうち、強酸が濃硫酸のもの、が揮発性酸遊離反応と言います。

って思う人も多いと思います。ちなみに、ちがいというのは揮発性酸遊離をつかうのは、『割と強酸』と言う事です。

 

また、濃硫酸と固体のNaClなどを使うので、ほとんど水が無い状態で反応させます。これが弱酸遊離との違いです。

揮発性酸遊離反応である必要は？

って思いますよね。なんででしょうか？

 

これは、HClやHNO₃のような強酸を取り出す反応だからなんです。

弱酸遊離反応は、より強い酸がより弱い酸にH⁺を投げつけて、強酸がイオン化弱酸が分子になる反応です。
↓詳しい弱酸遊離反応の説明はこちら↓

酸塩基『弱酸遊離反応』とは？ドラえもんに例えて覚える方法

ですが、今回取り出すのは、HCl、HNO₃などの、『強酸』なんです。

 

たしかに、硫酸の方が塩酸や硝酸より強酸ですが、すんなりH⁺を受け取るでしょうか？
いや、受け取らないですよね。電離したがる強酸達は、そう簡単に、H⁺を受け取りません。

こんなところに水があったらどうでしょう。普通の弱酸遊離反応です。希硫酸はかなり水、H₂Oを含んでいます。てことは、Cl^–がH⁺を受け取らせる身代わりとして、水を使ってきます。

硫酸が投げたH⁺がH₂Oが受け取って、H₃O⁺となります。

 

本来目的はHClを取りだす事なんですから、Cl^–+H⁺→HClが起ってほしいんです。

H₂O+H⁺→H₃O⁺

だから、HClが生成出来ないのです。濃硫酸＋固体のNaClをつかうともはやまわりには、水がありませんよね。

 

てことは、Cl^–は水を盾にして逃げる事が出来ないわけですよ。

加熱の有無

ちなみに加熱はいります！加熱する事でHClが飛び出てくるのです。

揮発性酸か不揮発性酸かの見極め

揮発性酸か不揮発性なのかを見極める方法はとっても簡単です。

 

それは、
濃硫酸だけが不揮発性酸です。
（※リン酸も不揮発性ですが、塩酸や硝酸より酸が弱いから使われる事は無いです）

 

ほんでそれ以外の有名な、HCl（塩化水素）、HNO₃（硝酸）は揮発性酸であると言う風に覚えておけばいいです。

Na塩は水中で完全電離する？

Na塩やK塩は、受験では、完全電離すると覚えてください。

 

↓Na塩が完全電離する理由はこちら↓

ということで、NaClはHClが電離している状態とお考えください。

 

Na₂SO₄は硫酸が電離しているとお考えください。

 

つまり、強い酸ほど、Na塩やK塩、Ca塩、Ba塩になりたいわけです。

 

極性を最もの同士はよく溶けます。
↓似た者同士よくとけるという現象↓

なぜ「似た者同士よく溶ける」と言われる？その理由を解説

 

なので、イオン結晶（中和の塩）は、水に溶けやすいのです。

（たまに、難溶性塩というものがあり、無機化学で沈殿反応として覚えなければならない奴です）

強酸同士の揮発性酸遊離反応は電離定数の知識が必要！

先ほどいただいた質問、なぜ
2NaCl+H₂SO₄→Na₂SO₄+2HCl
にならないか？

 

でしたね？これがもし、酢酸やったら何も悩まなくていいのです。

 

2CH₃COONa+H₂SO₄→2CH₃COOH+Na₂SO₄
ってなります。

 

これは、酢酸が弱酸だからです。さっき言ったように、揮発性酸遊離反応は、弱酸遊離反応でもあります。

 

そして、強酸ほど電離する
＝イオン化する
＝Na塩、Ca塩などになる。

と言うわけです。

 

で、硫酸、塩酸、硝酸は各々強酸なわけですよ！

 

ということは、硫酸vs塩酸なんてめっちゃややこしくなりそうじゃないですか？

 

しかも、硫酸って、H₂SO₄やから、２価の酸ですよね。

硫酸は、２価だから、第１電離と第２電離でも酸の強さが違うわけです！

 

というわけで、
硫酸vs塩酸、
硫酸vs硝酸を
見て行こうと思います。

硫酸VS塩酸

実は、NaHSO₄までしかいかない理由がこの電離定数の違いによる物なのです。

 

酸の強さの順番が、硫酸第１電離＞塩酸＞硫酸第２電離なのです。

 

だから、H₂SO₄＋NaCl→NaHSO₄+HClは起ります。

 

なぜなら、硫酸第１電離は塩酸より酸が強いからです。

 

ただし、NaHSO₄+NaCl→Na₂SO₄+HClはおこりません。

 

なぜなら、硫酸第２電離は塩酸より酸が弱いからです。HClの方が強酸なんだから、強酸のHClがNaClになって、電離しているのは自然なのです。

硫酸vs硝酸

KNO₃+H₂SO₄→HNO₃+KHSO₄となり、HNO₃が遊離して来るのは大丈夫だと思います。

 

じゃあもう一段階行くか？というと、そうではありません。

 

硫酸の第１電離＞硝酸＞硫酸第２電離と言う順番で酸の強さが変わって行くからです。

 

なので、２回目の揮発性酸遊離反応、
KNO₃+KHSO₄→K₂SO₄+HNO₃

は起りません。

まとめ

揮発性酸遊離反応をする理由、そして、なぜ、Na₂SO₄が出来ないのか理解できましたか？

 

ちゃんと理解したら、定着させるために問題を解いて、行きましょう！