揮発性酸遊離反応（原理・例・濃硫酸を使う理由など）

揮発性酸遊離反応とは

• 揮発性の酸（蒸発しやすい酸）を含む塩に、不揮発性の酸（蒸発しにくい酸）を加えて加熱することで、揮発性の酸を取り出す反応を不揮発性酸遊離反応という。

\[
揮発性の酸を含む塩+不揮発性の酸→揮発性の酸+不揮発性の酸を含む塩
\]

• 揮発性酸遊離反応の例として「塩化ナトリウムNaClと濃硫酸H₂SO₄の反応」を紹介する。

\[
\mathrm{NaCl+H_{2}SO_{4}\overset{加熱}{→}HCl+NaHSO_{4}}
\]

• NaClは揮発性の酸を含む塩、H₂SO₄は不揮発性の酸である。
• これらを加熱により反応させると、揮発性の酸である塩化水素HClと、不揮発性の酸を含む塩である硫酸水素ナトリウムNaHSO₄が生じる。

揮発性酸遊離反応の原理

• 揮発性酸遊離反応の原理について、先ほどの「塩化ナトリウムNaClと濃硫酸H₂SO₄の反応」を用いて詳しく解説する。

\[
\mathrm{NaCl+H_{2}SO_{4}\overset{加熱}{→}HCl+NaHSO_{4}}
\]

• H₂SO₄が不揮発性の酸であるのに対し、HClは揮発性の酸である。したがって、加熱することにより、HClのみが蒸発し、外に逃げる。

STEP

揮発性の酸を含む塩が電離する。

まず、揮発性の酸を含む塩であるNaClが電離する。

STEP

不揮発性の酸を含む塩が電離する。

次に、不揮発性の酸であるH₂SO₄を含む塩が電離する。

STEP

加熱により揮発性の酸が遊離する。

次に、加熱により揮発性の酸であるHClが遊離する。

この結果、ルシャトリエの原理により反応が右に進み、多量のHClが得られる。

H₂SO₄の沸点は非常に高い（300℃台）ため、加熱しても蒸発しません。

揮発性酸遊離反応のポイント

• 揮発性酸遊離反応について疑問に感じやすいポイントをまとめる。

❶ 濃硫酸を用いる理由

• 揮発性酸遊離反応では、希硫酸ではなく濃硫酸を用いる。
• この理由について考えるため、まず希硫酸（濃”硫酸”を水で”希”釈したもの）を用いた場合にどうなるのかを検討する。
• 塩酸と硫酸はともに強酸だが、強酸の中にも強弱が存在し、塩酸と硫酸で比較すると硫酸の方が強い。したがって、弱酸遊離反応により希硫酸がもつ水素イオンH^＋を塩化物イオンCl^－に押し付けようとする。

• しかし、希硫酸の場合、溶液中に水H₂Oが多く存在する。塩酸も、硫酸より劣るものの強酸なので、酸としてH^＋を投げる力は十分に強い。したがって、希硫酸から来たH^＋をH₂Oに押し付ける。

• その結果、塩化ナトリウムに希硫酸を加えた場合、イオンに分かれて普通に溶けるという結果になる。
• 次に、濃硫酸の場合を考える。まず希硫酸と同様に濃硫酸が自身のH^＋を塩化物イオンCl^－に押し付ける。

• 希硫酸であればこの後塩酸はH₂OにH^＋を押し付けようとするが、濃硫酸だと（水で希釈されていないため）溶液中にH₂Oがほぼ存在しない。したがって、塩酸はH^＋を押し付ける相手がいない。

• この状態で加熱をすると、塩酸は揮発性の酸なので蒸発する。

❷ NaHSO₄で止まる理由

\[
\mathrm{NaCl+H_{2}SO_{4}\overset{加熱}{→}NaHSO_{4}+HCl}
\]

• この反応式において、H₂SO₄はNa₂SO₄までいかずNaHSO₄で止まっているが、これは酸の強さの観点から説明できる。
• 硫酸は次のような二段階で電離する。

\[
\mathrm{H_{2}SO_{4}→H^{+}+HSO_{4}^{-}}\\
\mathrm{HSO_{4}^{-}→H^{+}+SO_{4}^{2-}}
\]

• 酸としての強さ（H^＋の放出しやすさ）はH₂SO₄（第一電離）＞HCl＞HSO₄^ー（第二電離）である。
• HClの方がHSO₄^ーよりも酸として強力なので、HClがある状態でHSO₄^ーがH^＋を放出することはない。
• したがって、H₂SO₄がNa₂SO₄までいくことはなく、NaHSO₄で止まる。

❸ 濃硫酸は弱酸ではないのか

• 高校化学において、濃硫酸を弱酸と説明される場合があるが、正確には強酸である。
• 濃硫酸が弱酸だという考え方は、「濃硫酸中には水分子がほとんど存在しない」ことからきている。

• 濃硫酸の濃度は約98%のため、H^＋を放出したときに、それを受け取るH₂Oがほとんど存在しない。したがって、H^＋を放出しにくく、事実上弱酸と考えることができる。
• 濃硫酸は決してH^＋を放出する力そのものが弱いわけではなく、めちゃくちゃ電離したいのに電離できない、言わば欲求不満状態ということである。H^＋を受け取る相手がいれば、当然H^＋をたくさん放出する強酸としてはたらく（これが希硫酸）。

❹ 不揮発性の酸の具体例は何か

• 高校化学を学習する上で、不揮発性の酸として覚えておくべきは濃硫酸のみである。
• そのほか、リン酸、過塩素酸なども不揮発性の酸である。