(大学受験）問題集の相談と、フェノールなどについての質問です

質問

「化学IB,II」（三國均）という問題集をやっているのですが、以下の既述が、よく分かっていません。どなたか、もう少し分かり易く砕いて説明していただけたら、嬉しく思います。

酸性の強さが、SO2H >> -COOH > (CO2+H2O) > C6H6OH
となるのは覚えているのですが、その後の既述

「フェノールは炭酸より弱酸だから、Na2CO3またはNaHCO3の水溶液にフェノールを加えても反応しないが、ナトリウムフェノラート（横から質問：フェノキシドと同じですか？）C6H5ONaにCO2を吹き込むと、フェノールが析出する。
C6H5ONa + CO2 + H2O → C6H5OH + NaHCO3」
という部分と、
「一方、カルボン酸は炭酸より強い酸だから、Na2CO3またはNaHCO3の水溶液と反応して、カルボン酸のナトリウム塩に変わる。カルボン酸の分子量が大きいものは水に不溶だが、ナトリウム塩は水によく溶ける。
RCOOH + Na2C3 → RCOONa + NaHCO3」
（横から質問：RというのはCHの化合物でしょうか？）
また、
「カルボン酸のナトリウム塩に、CO2を吹き込んでも反応しない」

ここまでの部分なのですが、何故フェノールはNa2CO3と反応しないのでしょうか？　カルボン酸がNa2CO3と反応するのは何故でしょうか？　

勉強についての質問：
理系に進もうと思ったのが、今年度になってからで、化学は文字通り、完全に捨てていました。4月の時点では偏差値は30台でした。それ以降、まずは教科書を読み始め、「チャート式化学(解法と演習）」を2回以上繰り返してやり終えたのが9月、10月から上記の問題集をやり始めて今２巡目が終わろうとしています。今の偏差値は、60近くのところです。
目標大学には、まだ偏差値が届きませんので、今の問題集が終わったら、センターと2次に向けて、問題集をやりたいと思っているのですが、何かお勧めのものがありましたら、お願いします。

回答No.5

mogula

なんだか、混乱してしまったようなので、厳密には正しくない説明ですが、補足しておきます。厳密には、大学1年生でやります。

まず、酸の強さはcoffeebeatさんが言っているように、
SO2H >> -COOH > (CO2+H2O) > C6H5OH
です。ここで、(CO2+H2O)と言うのが、炭酸のことです。したがって、炭酸＞フェノールです。
(CO2+H2O)が炭酸と言うのは、(CO2+H2O)がCO2の水溶液を意味しているからで、
　CO2+H2O←→H2CO3　　　　：溶解平衡
　H2CO3←→H(+)+HCO3(-)　 ：H+の乖離平衡K1
　HCO3(-)←→H(+)+CO3(2-) ：H+の乖離平衡K2
この式の2段目を見ているからです。

尚、酸の強さは一般に、
HA←→H(+) + A(-)　　：Aは何でも良い
の式において、「A(-)の出来やすさ」で定義されます。HAの乖離平衡(上の平衡式)を考える高校の範囲なら、「A(-)の出来やすさ」＝「H(+)の出しやすさ」なので、「H(+)の出しやすさ」と言っても結局同じことです。

　ここで、pHの定義と同じように、乖離平衡にある式の平衡定数K（A(-)の出来やすさなので一般にはKaと書きます。）に自然対数にして、マイナスをつけます。
pKa＝-log(Ka)
KaをHに置き換えれば、まさにpHですね。
したがって、pKaが小さいほどHAは強い酸となります。
（pHが小さいほど強い酸というのと一緒）

で、このpKaは既にいろんな物について値が調べられていて、例えば、298K (＝25℃)の水溶液では、
塩酸：-7
硫酸(H2SO4)：-2
硫酸水素イオン(HSO4(-))：1.92
酢酸(CH3COOH)：4.75
炭酸(H2CO3)：6.37
フェノール(C6H5OH)：9.89
炭酸水素イオン(HCO3(-))：10.25
となります。
炭酸水素イオン(HCO3(-))などあれ？と思うかもしれませんが、HCO3(-)←→H(+)+CO3(2-)の式で、A＝CO3(2-)と考えれば、HA←→H(+) + A(-)の形になりますね。

つまり、厳密には
硫酸(H2SO4)>>酢酸(CH3COOH)＞炭酸(H2CO3)＞フェノール(C6H5OH)＞炭酸水素イオン(HCO3(-))
となり、ナトリウムフェノラートは、炭酸と反応することになります。
また、この序列を見てわかるように
炭酸ナトリウム(Na2CO3)はフェノールと反応しませんが、炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)はフェノールよりも弱い酸(炭酸水素イオン)の塩なのでフェノールと反応します。

お礼

どうもありがとう御座います！！
乖離平衡のところが、多分まだしっかりとつかめていないと自分では思うのですが、全体としては酸の強弱の勉強になり、面白いと思いました。

CO2の水溶液における、「H+の乖離平衡K1」の式について、今までは漠然と炭酸が酸だと覚えていただけで、自分の中に曖昧さがあったので、炭酸水素イオンとの関連で、酸の強さの序列が、納得いきました。

それから、例えばHClやNaOHで、pH計算を対数で行うことについて、最初は対数が「いきなり出てきた」という感想をもちました。つまり、どこから対数が出てきたのだろう？と思っていました。実は教えてくださった上記の内容でも、対数がいきなり出てきた、という感想があるのですが、今後疑問点を記憶しておいて、勉強していきます。