高1 ／ 化学基礎 ／ cb-07
酸と塩基（定義・価数・電離度・pH）
この単元でできるようになること
- アレニウスの定義（水溶液中で H⁺／OH⁻ を出す）とブレンステッド・ローリーの定義（H⁺ を与える／受け取る）を使い分けられる
- 酸・塩基の価数と強弱（電離度）を代表的な物質について言える
- 水素イオン濃度 [H⁺] と pH ＝ −log₁₀[H⁺] の関係、水のイオン積 [H⁺][OH⁻] ＝ 1.0 × 10⁻¹⁴ を使える
- 強酸・強塩基の水溶液の pH を濃度から求められる（弱酸は電離度をかける）
- pH の測定（指示薬・pH メーター）と、希釈による pH の変化がわかる
入試での位置づけ
酸・塩基はpH の計算とブレンステッドの定義での酸・塩基の判定が共通テストの定番です。「0.010 mol/L の塩酸の pH ＝ 2」「0.10 mol/L の NaOH の pH ＝ 13」のように10 の累乗で処理することに慣れれば計算は速い。中和滴定（cb-08）では価数と強弱が必要になります。
1. 酸・塩基の定義
まずここだけ
| 定義 | 酸 | 塩基 |
|---|---|---|
| アレニウス | 水に溶けて H⁺（実際は H₃O⁺）を出す | 水に溶けて OH⁻ を出す |
| ブレンステッド・ローリー | H⁺ を与える | H⁺ を受け取る |
HCl ＋ H₂O → H₃O⁺ ＋ Cl⁻：HCl が酸、H₂O が塩基（H⁺ を受け取った） NH₃ ＋ H₂O → NH₄⁺ ＋ OH⁻：NH₃ が塩基、H₂O が酸（H⁺ を与えた） 水は相手によって酸にも塩基にもなる。ブレンステッドの定義では OH⁻ を持たない NH₃ も塩基。
酸の性質：酸っぱい、青リトマス → 赤、金属（Mg・Zn・Fe）と反応して H₂ 発生。塩基の性質：苦い、赤リトマス → 青、フェノールフタレイン → 赤、ぬるぬるする。
2. 価数と強弱
まずここだけ
価数：酸 1 分子（1 個）が出せる H⁺ の数／塩基 1 個が出せる OH⁻（受け取れる H⁺）の数。
| 価数 | 強酸 | 弱酸 | 強塩基 | 弱塩基 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | HCl・HNO₃ | CH₃COOH（酢酸） | NaOH・KOH | NH₃ |
| 2 | H₂SO₄ | H₂CO₃・H₂S・(COOH)₂（シュウ酸） | Ca(OH)₂・Ba(OH)₂ | Mg(OH)₂ |
| 3 | ── | H₃PO₄ | ── | Al(OH)₃ |
強弱は電離度で決まり、価数や濃度とは関係ない。
電離度 α ＝ 電離した分子の数 ÷ 溶かした分子の数（0 ＜ α ≦ 1）
- 強酸・強塩基：α ≒ 1（ほぼ完全に電離）
- 弱酸・弱塩基：α ≪ 1（酢酸 0.10 mol/L で α ≒ 0.016）。濃度が薄いほど α は大きくなる
0.10 mol/L 酢酸（α ＝ 0.016）の [H⁺] ＝ 0.10 × 0.016 ＝ 1.6 × 10⁻³ mol/L [H⁺] ＝ 価数 × 濃度 × 電離度
3. 水のイオン積と pH
まずここだけ
- 純水もわずかに電離：H₂O ⇄ H⁺ ＋ OH⁻。[H⁺] ＝ [OH⁻] ＝ 1.0 × 10⁻⁷ mol/L（25 ℃）
- 水のイオン積 K_w ＝ [H⁺][OH⁻] ＝ 1.0 × 10⁻¹⁴ (mol/L)²（25 ℃、酸性でも塩基性でも一定）
- pH ＝ −log₁₀[H⁺] → [H⁺] ＝ 1.0 × 10⁻ⁿ mol/L なら pH ＝ n
| 液性 | [H⁺] | pH |
|---|---|---|
| 酸性 | ＞ 10⁻⁷ | ＜ 7 |
| 中性 | ＝ 10⁻⁷ | 7 |
| 塩基性 | ＜ 10⁻⁷ | ＞ 7 |
pH が 1 小さいと [H⁺] は 10 倍。
4. pH の計算
ここまでできれば十分
強酸：[H⁺] ＝ 価数 × 濃度
0.010 mol/L 塩酸（1 価）：[H⁺] ＝ 1.0 × 10⁻² → pH 2 0.0050 mol/L 硫酸（2 価）：[H⁺] ＝ 2 × 5.0 × 10⁻³ ＝ 1.0 × 10⁻² → pH 2
強塩基：[OH⁻] ＝ 価数 × 濃度 → [H⁺] ＝ 10⁻¹⁴ ÷ [OH⁻]
0.10 mol/L NaOH：[OH⁻] ＝ 10⁻¹ → [H⁺] ＝ 10⁻¹³ → pH 13 0.0050 mol/L Ca(OH)₂（2 価）：[OH⁻] ＝ 1.0 × 10⁻² → pH 12
弱酸：[H⁺] ＝ 濃度 × 電離度
0.10 mol/L 酢酸（α ＝ 0.010 とすると）：[H⁺] ＝ 1.0 × 10⁻³ → pH 3
希釈：強酸を 10 倍に薄めると pH は 1 大きくなる（pH 2 → 3）。ただし7 をこえて塩基性にはならない（pH 6 の塩酸を 100 倍に薄めても pH ≒ 7）。
5. pH の測定
- 指示薬：フェノールフタレイン（無色 → 赤、変色域 pH 8.3〜10.0）、メチルオレンジ（赤 → 黄、3.1〜4.4）、BTB（黄 → 緑 → 青、6.0〜7.6）、リトマス
- pH 試験紙（万能 pH 試験紙）、pH メーター（正確）
- 身近な pH：胃液 1〜2、レモン 2、雨水 5.6（CO₂ が溶けている。5.6 未満が酸性雨）、血液 7.4、石けん水 10、水酸化ナトリウム水溶液 13〜14
6. よくある間違い
- 「強酸 ＝ 濃い酸」「弱酸 ＝ 薄い酸」と思う（強弱は電離度、濃薄は濃度）
- 硫酸の [H⁺] を濃度そのままにする（2 価なので 2 倍）
- 強塩基の pH を [OH⁻] からそのまま出す（イオン積で [H⁺] に直す）
- 弱酸の [H⁺] を濃度そのままにする（× 電離度）
- pH 2 の塩酸を 10 倍に薄めて pH 1 とする（薄めると pH は大きくなる → 3）
- H₂O を酸・塩基のどちらかに固定する（相手による）
- NH₃ を「OH⁻ を持たないから塩基でない」と思う（水と反応して OH⁻ を生じる・H⁺ を受け取る）
7. 自己チェック
- ブレンステッドの定義で H₂O が酸にも塩基にもなる例を言えるか
- 強酸 3 つ（HCl・HNO₃・H₂SO₄）と強塩基（NaOH・KOH・Ca(OH)₂・Ba(OH)₂）を言えるか
- [H⁺] ＝ 価数 × 濃度 × 電離度 を書けるか
- [H⁺][OH⁻] ＝ 10⁻¹⁴ から強塩基の pH を出せるか
- pH 1 の差は [H⁺] 10 倍、と言えるか
- フェノールフタレイン・メチルオレンジの変色を言えるか
8. 小テストへ
→ 小テスト（cb-07）
関連する単元
- 前提：s3-04 酸・アルカリ・イオン（中学）、cb-05 モル濃度、h2-06 対数（log）
- 次に進む：cb-08 中和反応と塩・中和滴定
- ここで使う考え方が出てくる：cb-09 酸化還元（酸化剤としての酸）
参考資料
- 文部科学省『高等学校学習指導要領（平成30年告示）解説 理科編 理数編』── 「化学基礎」(3) ア 化学反応（酸・塩基と中和）
受験のしらべ ／ https://juken-shirabe.com/daigaku/science/cb-07/ ／ 更新 2026-09-12