高校化学で学ぶイオン反応式は、さまざまな反応において異なる形で現れます。特に水が反応に関与する場合、反応式や液性に関する理解が求められます。この記事では、イオン交換膜法や水溶液の酸性・中性の場合の化学反応式の違いについて解説します。
水が関与する化学反応式について
水が反応に関与する場合、例えばイオン交換膜法のような電気分解の反応では、反応式が異なります。水が反応するとき、通常、次のような反応式が用いられます：
2H₂O + e⁻ → H₂ + 2OH⁻。これは、水分子が電子を受け取ることで水素ガスと水酸化物イオンを生成する反応です。
これは水の中性またはアルカリ性の場合に見られる反応式であり、水酸化物イオン（OH⁻）が生成されます。アルカリ性の水溶液では、OH⁻が多く生成されるため、これが水溶液のpHをアルカリ性に保つ要因となります。
酸性溶液での反応式
一方、水溶液が酸性の場合には、次の反応式が適用されます：
2H⁺ + e⁻ → H₂。これは水素イオン（H⁺）が電子を受け取ることで、水素ガス（H₂）が生成される反応です。酸性溶液では、H⁺が支配的な役割を果たし、水素ガスが生成されます。
酸性溶液では、OH⁻の代わりにH⁺が重要な役割を果たし、水素イオンが還元されて水素ガスが発生します。これにより、溶液が酸性を維持します。
イオン交換膜法における反応式
イオン交換膜法を用いる場合、塩化ナトリウム水溶液などが使われることがあります。この場合、溶液は中性またはアルカリ性であることが多いですが、反応の過程でOH⁻が発生するのはそのためです。具体的には、イオン交換膜法では水を電解する際、陰極で水素ガス（H₂）と水酸化物イオン（OH⁻）が生成され、陽極では塩素ガス（Cl₂）が生成されます。
塩化ナトリウム水溶液が中性であっても、イオン交換膜法によって発生するOH⁻は、反応の一部として重要です。これは、電解質溶液における電気化学的な反応によるものです。
まとめ
水溶液の液性が酸性であれば、2H⁺ + e⁻ → H₂のように水素イオンが還元されて水素ガスが発生し、中性やアルカリ性であれば2H₂O + e⁻ → H₂ + 2OH⁻の反応が行われます。イオン交換膜法においては、水酸化物イオン（OH⁻）が生成されることが一般的であり、この反応式は中性やアルカリ性溶液での重要な反応です。水溶液の液性に応じた反応式の理解は、化学反応を正確に把握するために不可欠です。
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