【過去問】酸と塩基とは？pHと水素イオン濃度を解説｜毒物劇物取扱者

【結論】アレニウスの酸は水溶液中で水素イオンH⁺を生じる物質。【根拠】1887年アレニウスが提唱。HCl→H⁺+Cl⁻、H₂SO₄→2H⁺+SO₄²⁻のように水中で電離しH⁺（正確にはH₃O⁺）を生じる。塩基は水中でOH⁻を生じる物質。【誤答パターン】「電子を受け取る」はルイスの酸定義（別体系）。定義ごとに混同しないこと。【試験官コメント】3つの酸塩基定義（アレニウス<ブレンステッド<ルイス）の範囲拡張の流れを押さえる。水溶液系ではアレニウス定義で十分。

【結論】アレニウスの塩基は水溶液中でOH⁻を生じる物質。【根拠】NaOH→Na⁺+OH⁻、KOH→K⁺+OH⁻のように水中で電離してOH⁻を生じる。アンモニアNH₃は水と反応してNH₄⁺+OH⁻を生じるため塩基（アレニウス定義でもギリギリ塩基扱い）。【誤答パターン】「電子対を受け取る」はルイスの酸定義で、塩基ではなく酸。定義体系の混同に注意。【試験官コメント】毒劇物のNaOH（5%超劇物）、KOH（5%超劇物）は典型的強塩基。

【結論】ブレンステッド・ローリーの酸はプロトン（H⁺）を与える物質（プロトン供与体）。【根拠】1923年Brønsted・Lowryが独立に提唱。水中に限らず、溶媒中・気相でも適用可能。例：NH₃+HCl→NH₄Cl（気相）でHClが酸、NH₃が塩基。【誤答パターン】「電子を受け取る」はルイス酸。ブレンステッドは「プロトン（H⁺）の授受」が基準。【試験官コメント】水溶液以外の非水溶媒系（液体アンモニア等）でも使える広い定義。共役酸塩基対（HA⇄A⁻+H⁺）の理解が重要。

【結論】pH = -log₁₀[H⁺]。【根拠】水素イオン濃度の常用対数の符号を反転した値。[H⁺]=10⁻⁷ mol/L→pH=7（中性）。[H⁺]=10⁻²→pH=2（強酸性）。[H⁺]が10倍変わるとpHが1変わる対数スケール。【誤答パターン】pH = 14-[H⁺]は誤り。pH+pOH=14が正しい関係（25℃のイオン積Kw=10⁻¹⁴より）。【試験官コメント】pH=1差→濃度10倍差を直感で扱えることが重要。pH換算表を暗記する必要はないが対数の感覚を。

【結論】25℃中性水のpHは7。【根拠】純水では自己解離H₂O⇄H⁺+OH⁻により[H⁺]=[OH⁻]=1.0×10⁻⁷ mol/L（25℃のイオン積Kw=1.0×10⁻¹⁴）。pH=-log(10⁻⁷)=7。【誤答パターン】温度依存性：高温ではKwが大きくなり中性pH<7になる（例：100℃で約6.1）。25℃が基準。【試験官コメント】純水のpH7は25℃の特別値。温度条件を見てから判定する習慣を。

【結論】pH=2の[H⁺]は1.0×10⁻² mol/L（=0.01 mol/L）。【根拠】pH=-log[H⁺]より[H⁺]=10⁻ᵖᴴ=10⁻²=0.01 mol/L。pH1刻みで濃度は10倍差。【誤答パターン】「2 mol/L」とそのまま書く誤り。pHは対数値で直接の濃度ではない。【試験官コメント】胃酸pH1〜2（[H⁺]=0.01〜0.1）・酢pH2〜3・血液pH7.4等、身近な液のpH感覚を持つと理解が早い。

【結論】強酸は水中でほぼ完全電離、弱酸は一部しか電離しない。【根拠】HCl・HNO₃・H₂SO₄は電離度α≒1（完全電離）、CH₃COOH（酢酸）・HFはα<<1（電離定数Ka<10⁻³程度）。同モル濃度でもpHが大きく異なる。【誤答パターン】「強酸＝毒性が強い」ではない。強弱は電離度の話で、毒性とは別軸。【試験官コメント】毒劇物の強酸HCl・H₂SO₄・HNO₃は10%超で劇物指定。電離度≒1前提の希釈計算に注意。

【結論】強塩基はNaOH。【根拠】NaOHは水中で完全電離（Na⁺+OH⁻）。強塩基はNaOH・KOH・Ca(OH)₂・Ba(OH)₂等の1族・2族水酸化物。NH₃は弱塩基（Kb≒1.8×10⁻⁵）、Mg(OH)₂は難溶で弱塩基扱い。【誤答パターン】「Mg(OH)₂は2価だから強塩基」は誤り。溶解度が低く電離量が少ないため弱塩基。【試験官コメント】NaOH・KOHは5%超で劇物指定。強塩基の水酸化物は密度・腐食性で区別。

【結論】酢酸は弱酸で一部のみ電離する。【根拠】CH₃COOH⇄CH₃COO⁻+H⁺の電離定数Ka≒1.8×10⁻⁵で電離度は数%程度。0.1 mol/L酢酸のpHは約2.9（強酸なら1.0）。【誤答パターン】「弱酸は酸でない」は誤り。電離度は低いが酸として働く。【試験官コメント】緩衝作用（酢酸-酢酸ナトリウム等）は弱酸-共役塩基系で成立。生体pH維持にも関係。

【結論】pH<7：酸性、pH=7：中性、pH>7：塩基性。【根拠】25℃純水[H⁺]=[OH⁻]=10⁻⁷でpH=7中性。[H⁺]>[OH⁻]→酸性（pH<7）、[H⁺]<[OH⁻]→塩基性（pH>7）。【誤答パターン】「pH高いほど酸性」と逆に覚える誤り。対数に負符号があるので[H⁺]と逆方向。【試験官コメント】pH 0〜14の範囲感覚（0:強酸、7:中性、14:強塩基）は必須暗記。