この教材で学ぶこと
到達目標
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硫酸 H₂SO₄ の基本的な性質を説明できる
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希硫酸と濃硫酸の違いを説明できる
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濃硫酸の脱水作用・吸湿性・酸化力を説明できる
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硫酸塩と硫酸イオン SO₄²⁻ を説明できる
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BaSO₄の白色沈殿による硫酸イオンの検出を説明できる
前提知識
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硫黄酸化物と酸性雨
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酸・塩基
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酸化還元
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沈殿反応
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バリウムとストロンチウム
1
硫酸とは
硫酸 H₂SO₄ は、硫黄を含む代表的な強酸です。
水溶液中では水素イオン H⁺ を放出し、強い酸性を示します。
硫酸は工業的にも非常に重要な物質で、肥料、薬品、金属の処理など多くの分野で利用されます。
高校化学では、希硫酸と濃硫酸の違いが特に重要です。
希硫酸は強酸としての性質、濃硫酸は脱水作用・吸湿性・酸化力がよく出題されます。
硫酸の基本情報
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項目
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内容
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化学式
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H₂SO₄
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名称
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硫酸
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分類
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強酸
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含む陰イオン
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硫酸イオン SO₄²⁻
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重要な形
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希硫酸、濃硫酸
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重要性
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工業的に非常に重要な酸
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確認ポイント
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硫酸の化学式がH₂SO₄であることを答えられる
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硫酸が強酸であることを説明できる
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希硫酸と濃硫酸で性質が異なることを理解している
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2
硫酸の電離と硫酸イオン
硫酸 H₂SO₄ は、水に溶けると水素イオン H⁺ と硫酸イオン SO₄²⁻ を生じます。
硫酸は2価の酸であり、1分子から最大で2個の水素イオンを出すことができます。
硫酸イオン SO₄²⁻ を含む塩を硫酸塩といいます。
硫酸塩には、硫酸ナトリウム Na₂SO₄、硫酸銅(II) CuSO₄、硫酸バリウム BaSO₄ などがあります。
SO₄²⁻ は2価の陰イオンなので、化学式を組み立てるときに電荷のつり合いを意識しましょう。
硫酸の電離のイメージ
H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻
硫酸は2価の酸として、水素イオンを2個出すことができます。
硫酸と硫酸イオン
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化学式
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名称
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ポイント
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H₂SO₄
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硫酸
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強酸。2価の酸
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SO₄²⁻
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硫酸イオン
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2価の陰イオン
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HSO₄⁻
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硫酸水素イオン
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Hを1個残した陰イオン
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Na₂SO₄
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硫酸ナトリウム
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Na⁺が2個必要
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BaSO₄
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硫酸バリウム
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白色沈殿として重要
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確認ポイント
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硫酸イオンがSO₄²⁻であることを答えられる
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硫酸が2価の酸であることを説明できる
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硫酸塩がSO₄²⁻を含む塩であることを説明できる
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3
希硫酸の性質
希硫酸は、水で薄めた硫酸です。
希硫酸では、主に強酸としての性質が重要です。
たとえば、亜鉛 Zn や鉄 Fe などの金属と反応して水素 H₂ を発生します。
また、塩基と反応して中和反応を起こします。
希硫酸は強酸ですが、濃硫酸に特有の強い脱水作用や酸化力とは区別して考えます。
亜鉛と希硫酸
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂
亜鉛が酸と反応して水素を発生します。
水酸化ナトリウムとの中和
H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
硫酸は2価の酸なので、NaOHが2 mol必要です。
希硫酸のポイント
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性質
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内容
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主な性質
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強酸
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金属との反応
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ZnやFeなどと反応してH₂を発生
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塩基との反応
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中和して硫酸塩を生じる
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濃硫酸との違い
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脱水作用・強い酸化力は濃硫酸で特に重要
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例題：亜鉛に希硫酸を加えると発生する気体は何か。
答え：水素 H₂
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂ の反応で水素が発生します。
確認ポイント
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希硫酸が強酸として働くことを説明できる
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希硫酸と亜鉛の反応で水素が発生することを説明できる
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硫酸とNaOHの中和反応式を書ける
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4
濃硫酸の特徴
濃硫酸は、水をほとんど含まない濃い硫酸です。
濃硫酸には、希硫酸とは異なる特徴的な性質があります。
特に重要なのは、脱水作用、吸湿性、酸化作用です。
濃硫酸は水と混ざると大量の熱を発生するため、希釈するときには注意が必要です。
水に濃硫酸を少しずつ加えるのが原則で、濃硫酸に水を一気に加えるのは危険です。
濃硫酸の重要な性質
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性質
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内容
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出題ポイント
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脱水作用
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物質から水の成分を奪う
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砂糖の黒変など
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吸湿性
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空気中や物質中の水分を吸収する
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乾燥剤として使う
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酸化作用
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相手を酸化する
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Cuと反応してSO₂を発生
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発熱
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水と混ざると激しく発熱
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希釈方法に注意
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注意：濃硫酸を薄めるときは、水に濃硫酸を少しずつ加えます。
注意：濃硫酸に水を一気に加えると、急激に発熱して飛び散る危険があります。
確認ポイント
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濃硫酸の脱水作用・吸湿性・酸化作用を答えられる
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濃硫酸を希釈するときの注意点を説明できる
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希硫酸と濃硫酸の違いを説明できる
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5
濃硫酸の脱水作用
濃硫酸には、物質から水の成分を奪う脱水作用があります。
たとえば、砂糖に濃硫酸を加えると、砂糖から水素と酸素が水の割合で取り除かれ、炭素が残って黒くなります。
このような変化は、濃硫酸の脱水作用を示す代表例です。
脱水作用は、単に水分を吸収する吸湿性とは少し違います。
脱水作用では、物質そのものからHとOを水の形で奪うイメージです。
スクロースの脱水のイメージ
C₁₂H₂₂O₁₁ → 12C + 11H₂O
濃硫酸によって水の成分が奪われ、炭素が残ります。
脱水作用と吸湿性の違い
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性質
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意味
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例
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脱水作用
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物質から水の成分を奪う
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砂糖が黒くなる
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吸湿性
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周囲の水分を吸収する
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乾燥剤として使う
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例題：濃硫酸を砂糖に加えると黒くなる理由を答えよ。
答え：濃硫酸が砂糖から水の成分を奪い、炭素が残るため。
これは濃硫酸の脱水作用による変化です。
確認ポイント
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濃硫酸の脱水作用を説明できる
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砂糖が黒くなる理由を説明できる
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脱水作用と吸湿性を区別できる
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6
濃硫酸の吸湿性と乾燥剤
濃硫酸には、周囲の水分を吸収する吸湿性があります。
この性質を利用して、濃硫酸は一部の気体の乾燥剤として使われます。
ただし、塩基性の気体であるアンモニア NH₃ は濃硫酸に吸収されてしまうため、乾燥剤として使えません。
また、濃硫酸と反応してしまう気体にも使えません。
乾燥剤は、乾燥したい気体と反応しないものを選ぶ必要があります。
濃硫酸を乾燥剤として使うとき
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気体
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濃硫酸で乾燥できるか
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理由
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H₂
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できる
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濃硫酸と反応しにくい
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O₂
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できる
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濃硫酸と反応しにくい
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CO₂
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できる
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濃硫酸と反応しにくい
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NH₃
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できない
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塩基性で濃硫酸に吸収される
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H₂S
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適さない
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酸化還元反応などが関係することがある
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注意：乾燥剤は、水分だけを取り除き、目的の気体とは反応しないものを選ぶ必要があります。
注意：アンモニアの乾燥には、濃硫酸ではなく酸化カルシウム CaO などが使われます。
確認ポイント
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濃硫酸の吸湿性を説明できる
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濃硫酸が乾燥剤として使われることを説明できる
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NH₃を濃硫酸で乾燥できない理由を説明できる
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7
濃硫酸の酸化作用
濃硫酸は、強い酸化作用をもつことがあります。
銅 Cu は希硫酸とは通常反応しにくいですが、熱濃硫酸とは反応します。
この反応では、銅が酸化されて硫酸銅(II) CuSO₄ になり、濃硫酸は還元されて二酸化硫黄 SO₂ になります。
SO₂は無色・刺激臭の有毒な気体です。
この反応は、濃硫酸の酸化作用を示す代表例としてよく出題されます。
銅と熱濃硫酸
Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O
濃硫酸が酸化剤として働き、SO₂が発生します。
銅と硫酸の反応比較
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酸
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銅との反応
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発生する気体
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希硫酸
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通常は反応しにくい
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基本的に発生しない
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熱濃硫酸
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反応する
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SO₂
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濃硝酸
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反応する
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NO₂
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希硝酸
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反応する
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NO
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例題：銅と熱濃硫酸が反応したときに発生する気体は何か。
答え：二酸化硫黄 SO₂
Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O の反応でSO₂が発生します。
確認ポイント
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濃硫酸が酸化剤として働くことを説明できる
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銅と熱濃硫酸の反応式を書ける
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発生する気体がSO₂であることを答えられる
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8
硫酸塩
硫酸塩とは、硫酸イオン SO₄²⁻ を含む塩です。
代表的な硫酸塩には、硫酸ナトリウム Na₂SO₄、硫酸カルシウム CaSO₄、硫酸バリウム BaSO₄、硫酸銅(II) CuSO₄ などがあります。
硫酸塩の多くは水に溶けますが、BaSO₄やPbSO₄などは水に溶けにくい沈殿として重要です。
特にBaSO₄の白色沈殿は、硫酸イオンの検出に使われます。
SO₄²⁻は2価の陰イオンなので、化学式を作るときは陽イオンとの電荷のつり合いを考えましょう。
代表的な硫酸塩
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化学式
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名称
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特徴
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Na₂SO₄
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硫酸ナトリウム
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水に溶けやすい
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CaSO₄
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硫酸カルシウム
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石こうに関係する
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BaSO₄
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硫酸バリウム
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水に非常に溶けにくい白色沈殿
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PbSO₄
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硫酸鉛(II)
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白色沈殿
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CuSO₄
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硫酸銅(II)
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水和物は青色結晶
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確認ポイント
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硫酸塩がSO₄²⁻を含む塩であることを説明できる
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BaSO₄とPbSO₄が白色沈殿であることを答えられる
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代表的な硫酸塩の名称を答えられる
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9
硫酸イオンの検出
硫酸イオン SO₄²⁻ の検出には、バリウムイオン Ba²⁺ を利用します。
試料水溶液に塩化バリウム BaCl₂ 水溶液などを加えると、硫酸イオンがあれば白色沈殿の硫酸バリウム BaSO₄ が生じます。
BaSO₄は水に非常に溶けにくいため、硫酸イオンの検出に適しています。
この反応は、沈殿反応の中でも非常に重要です。
Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄ の反応式を必ず覚えましょう。
硫酸イオンの検出
Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄
白色沈殿の硫酸バリウムが生じます。
塩化バリウムと硫酸ナトリウム
BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄ + 2NaCl
BaSO₄の白色沈殿により、硫酸イオンの存在を確認できます。
硫酸イオン検出のポイント
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項目
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内容
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検出したいイオン
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SO₄²⁻
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加えるイオン
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Ba²⁺
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使う試薬例
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BaCl₂水溶液
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生じる沈殿
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BaSO₄
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沈殿の色
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白色
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例題：硫酸イオンの検出に使う金属イオンは何か。
答え：バリウムイオン Ba²⁺
Ba²⁺はSO₄²⁻と反応して、白色沈殿BaSO₄を生じます。
確認ポイント
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硫酸イオンの検出方法を説明できる
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BaSO₄が白色沈殿であることを答えられる
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Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄ を書ける
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10
硫酸銅(II)
硫酸銅(II) CuSO₄ は、銅(II)イオン Cu²⁺ と硫酸イオン SO₄²⁻ からなる塩です。
無水硫酸銅(II)は白色ですが、水を含むと青色になります。
五水和物 CuSO₄・5H₂O は青色の結晶としてよく知られています。
この性質を利用して、水の存在を確認することがあります。
硫酸銅(II)水溶液は青色を示し、銅(II)イオンの色と関係します。
硫酸銅(II)のポイント
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物質
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色
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特徴
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無水硫酸銅(II) CuSO₄
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白色
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水を加えると青色になる
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硫酸銅(II)五水和物 CuSO₄・5H₂O
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青色
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青色結晶
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硫酸銅(II)水溶液
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青色
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Cu²⁺に由来する色
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例題：無水硫酸銅(II)に水を加えると何色になるか。
答え：青色
無水硫酸銅(II)は白色ですが、水を含むと青色の水和物になります。
確認ポイント
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CuSO₄が硫酸銅(II)であることを答えられる
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無水硫酸銅(II)が白色であることを答えられる
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硫酸銅(II)五水和物が青色であることを説明できる
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11
硫酸の工業的製法
硫酸は工業的には接触法でつくられます。
まず、硫黄や硫化鉱を燃焼させて二酸化硫黄 SO₂ をつくります。
次に、SO₂を酸化して三酸化硫黄 SO₃ にします。
このとき、五酸化バナジウム V₂O₅ が触媒として使われます。
最後にSO₃を処理して硫酸 H₂SO₄ を得ます。
硫黄の燃焼
S + O₂ → SO₂
硫黄を燃焼させて二酸化硫黄をつくります。
二酸化硫黄の酸化
2SO₂ + O₂ ⇄ 2SO₃
V₂O₅触媒を用いてSO₂をSO₃に酸化します。
三酸化硫黄から硫酸
SO₃ + H₂O → H₂SO₄
基本式としてはSO₃と水から硫酸ができます。
接触法の流れ
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段階
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反応・内容
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ポイント
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1
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S → SO₂
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硫黄や硫化鉱を燃焼させる
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2
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SO₂ → SO₃
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V₂O₅触媒で酸化する
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3
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SO₃ → H₂SO₄
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硫酸を得る
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確認ポイント
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接触法が硫酸の工業的製法であることを答えられる
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SO₂をSO₃に酸化する段階でV₂O₅触媒を使うことを説明できる
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S、SO₂、SO₃、H₂SO₄の流れを説明できる
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12
安全面での注意
硫酸は強酸であり、特に濃硫酸は非常に危険です。
濃硫酸は皮膚や衣服、紙、木材などを傷めることがあります。
濃硫酸は水と混ざると強く発熱するため、希釈方法を間違えると飛び散る危険があります。
濃硫酸を薄めるときは、水に濃硫酸を少しずつ加えます。
実験では必ず保護メガネや手袋を着用し、教員や指導者の指示に従います。
硫酸の注意点
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項目
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注意点
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希硫酸
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強酸なので皮膚や目に触れないよう注意
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濃硫酸
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脱水作用・吸湿性・酸化作用があり危険
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希釈
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水に濃硫酸を少しずつ加える
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発熱
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水と混ざると強く発熱する
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保護具
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保護メガネ・手袋を着用する
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確認ポイント
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濃硫酸が危険な理由を説明できる
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濃硫酸の正しい希釈方法を説明できる
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硫酸を扱うときに保護具が必要だと理解している
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13
テストでの出題パターン
硫酸と硫酸塩では、希硫酸と濃硫酸の違い、濃硫酸の脱水作用・吸湿性・酸化作用、硫酸イオンの検出がよく出題されます。
濃硫酸では、砂糖を黒くする脱水作用、乾燥剤としての吸湿性、銅と反応してSO₂を発生する酸化作用が重要です。
硫酸イオンの検出では、Ba²⁺を加えてBaSO₄の白色沈殿を生じる反応が頻出です。
また、接触法による硫酸の工業的製法も重要です。
H₂SO₄、SO₄²⁻、BaSO₄、CuSO₄などの化学式と名称をセットで覚えましょう。
例題：硫酸の化学式を答えよ。
答え：H₂SO₄
硫酸はH₂SO₄で表される強酸です。
例題：硫酸イオンの化学式を答えよ。
答え：SO₄²⁻
硫酸塩には硫酸イオンSO₄²⁻が含まれます。
例題：濃硫酸を砂糖に加えると黒くなる理由を答えよ。
答え：濃硫酸の脱水作用により、砂糖から水の成分が奪われ、炭素が残るため。
これは濃硫酸の脱水作用を示す代表例です。
例題：銅と熱濃硫酸が反応したときに発生する気体は何か。
答え：二酸化硫黄 SO₂
Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O の反応でSO₂が発生します。
例題：硫酸イオンの検出で生じる白色沈殿は何か。
答え：硫酸バリウム BaSO₄
Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄ により、白色沈殿が生じます。
確認ポイント
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希硫酸と濃硫酸の違いを説明できる
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濃硫酸の脱水作用・吸湿性・酸化作用を説明できる
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銅と熱濃硫酸の反応式を書ける
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硫酸イオンの検出方法を説明できる
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接触法の流れを説明できる
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