濃硫酸の脱水の反応式は?

質問

こんばんわ。よろしくお願い致します。
化学の教科書に濃硫酸は脱水作用があると書いて有りました。

その時の反応式
H2O+H2SO4→?+?
はどのようになるのでしょうか?
(反応式が載ってませんで)

回答No.3

techbrain · ベストアンサー

一応、昔、予備校講師として化学を教えておりましたので内容としては大丈夫だと思いますが、説明が判り難ければ申し訳ない。こればっかりは直接とネットの違いなので、ダメなら判らない点をもう一度整理して聞いて下さい。それでは本題へ．．．

まず、質問中にある基本的な誤りを指摘しておかなくてはなりません。
「濃硫酸には脱水作用がある」こと自体は間違いありませんが、その時の反応式は『H2O+H2SO4→?+?』の様にはなりません。

通常、脱水作用というのは『化合物中、もしくは化合物同士の反応時に、その化合物中のHとOを水分子H2Oとして奪う性質とその反応作用』のことを言います。

では、どういう反応なのか？を、以下に例を挙げてみます。
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１）砂糖・ショ糖(スクロース)、デンプン、紙・木材(繊維＝セルロース)などの炭水化物に濃硫酸を加えると脱水して炭化します。
　　C12H22O11→12C＋11H2O
　　C6H12O6→6C＋6H2O
　　C6H12O5→6C＋5H2O
２）エタノールに濃硫酸を加えて熱すると、温度の違いによってエチレン又はエチルエーテルが生じます。
　　C2H5OH→C2H4＋H2O　〔160度で生成〕
　　C2H5OH＋C2H5OH→C2H5OC2H5＋H2O　〔130度で生成〕
３）蟻酸HCOOHに濃硫酸を加えて熱すると、一酸化炭素が生じます。
　　HCOOH→CO＋H2O
　　　※この反応では、濃硫酸は触媒の働きをしていると考えてよいです。
４）シュウ酸(COOH)2に濃硫酸を加えて熱すると、一酸化炭素が生じます。
　　(COOH)2→CO2＋CO＋H2O
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１）は濃硫酸の「脱水作用」を説明するのに、砂糖・デンプンなどの白いものが炭化によって黒くなることで目で確認できる実験と言う事でよく引用されます。
２）は高校化学の有機化学の範囲では必須の内容ですので、もしmk278さんが高校生や予備校生などでしたら是非覚えておきましょう。
あと、３）４）は一酸化炭素の実験室的製法としてよく知られています。
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以上の各矢印の下部には(H2SO4)と書かれていると思って下さい。
即ち、直接反応するというよりも３）の反応と同様に触媒の様な働き方をしていますので、化学反応式上ではH2SO4自体は現れません。
（電子式などで表記すればよいのでしょうが、なかなかネット上でテキストで表現するのは難しいですね．．．）

尚、１）～４）とも反応後(式では右辺)の物質にH2Oがありますが、いずれもH2SO4の吸湿作用によってH2SO4自体と結合してしまいます。
H2SO4は水上気圧が極めて小さく、大気中で放置すると空気中の水蒸気を吸収することになります。この吸湿性の高さからよく「乾燥剤」として利用されます。
但し、濃硫酸と反応しやすいアンモニア(NH3)、硫化硫黄(H2S)、二酸化硫黄(SO2)などに対しては乾燥に利用できません。固体の乾燥に使う場合にはデシケーターという器具を用います。

ということで、脱水と言っても「水を直接奪う」というよりも『他の物質のHとOHをもぎ取ってH2Oとして引っこ抜く』イメージで捉えて貰うと判り易いのではないでしょうか？

尚、吸湿作用の場合は濃硫酸が薄まり、希硫酸になる方向で考えて下さい。化学反応というより物理的変化で、電離度が大きくなりイオン化していきます。イオン化式は以下のとおり。
H2SO4　＋　H2O　→　HSO4-　＋　H3O+
HSO4-　＋　H2O　→　SO42-　＋　H3O+

以上です。こんな回答で良いですか？

お礼

どうもご回答有難うございます。
とても参考になりました。

補足

皆様、詳細なご説明・ご回答ありがとうございます。

> １）は濃硫酸の「脱水作用」を説明するのに、砂糖・デンプンなどの白いものが炭化
> によって黒くなることで目で確認できる実験と言う事でよく引用されます。
> ２）は高校化学の有機化学の範囲では必須の内容ですので、もしmk278さんが高校生
> や予備校生などでしたら是非覚えておきましょう。
> あと、３）４）は一酸化炭素の実験室的製法としてよく知られています。
ありがとうございます。

> どに対しては乾燥に利用できません。固体の乾燥に使う場合にはデシケーターという
> 器具を用います。
参考になります。

> 尚、吸湿作用の場合は濃硫酸が薄まり、希硫酸になる方向で考えて下さい。化学反応
> というより物理的変化で、電離度が大きくなりイオン化していきます。イオン化式は
> 以下のとおり。
> H2SO4　＋　H2O　→　HSO4-　＋　H3O+
> HSO4-　＋　H2O　→　SO42-　＋　H3O+
>
> 以上です。こんな回答で良いですか？
不揮発性であるH2SO4(液)がH2Oと混合したがる(電離したがる、若しくはH2SO4分子からH(+)、SO4(2-)というイオンになりたがる(つまり、薄まる))。
というのが脱水作用なのですね。

回答No.4

c80s3xxx

濃硫酸の脱水作用にイオン化はほとんど関係ないでしょう．
単に硫酸分子が水分子をくっつけた状態が大好き，というのが主だと思います．

お礼

どうもご回答有難うございます。
とても参考になりました。

補足

有難うございます。

> 濃硫酸の脱水作用にイオン化はほとんど関係ないでしょう．
> 単に硫酸分子が水分子をくっつけた状態が大好き，というのが主だと思います．
くっつけた状態?
つまり、くっつけた状態とはH2SO4とH2Oが混合したがる(電離反応は無し)。
という意味ですかね。
そうだとしますと、
HSO4-やSO42-やH3O+は存在しないのですね。

回答No.2

bonjovi

脱水作用とは直接脱水されるわけではなく、化学物質が反応して、水が脱離れることを言います。
例えば、エタノールに濃硫酸を作用させると次の反応が起こり、ジエチルエーテルが生成します。
2C2H5OH → C2H5OC2H5 + H2O
質問に書いてある式だと、
2H2O+H2SO4→SO4- + 2H3O+
となり、硝酸が水中で解離した式になります。水に硝酸を溶かすと、気体が発生するので、式が間違ってるかもしれません。自信なしですｗ

お礼

どうもご回答有難うございます。
とても参考になりました。

回答No.1

Yukichan110

→ HSO4- + H3O+

です。
H2SO4 の HSO4- と H+ との結合は弱くて、濃硫酸に水を加えると、この結合は簡単に切れてH3O+イオンが生成します。

お礼

どうもご回答有難うございます。
とても参考になりました。