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授業ガイド・ワークシートLESSON GUIDE · WORKSHEET

中和点で電球はどうなる？What Happens to the Bulb at the Neutralization Point?

中3 · 化学単元: 酸・アルカリと中和（イオンのモデル）What Happens to the Bulb at the Neutralization Point? 目安 20分about 20 min
ねらいGoal：水酸化ナトリウム水溶液に塩酸を加えていくと、H⁺とOH⁻が結びついて水になるためイオンが減って電流が流れにくくなるが、Na⁺とCl⁻は残るので中和点でも電流は0にならず、塩酸を加えすぎるとH⁺が増えて再び流れやすくなることを、イオンのモデルで理解する。Using an ion model, students understand that adding hydrochloric acid to sodium hydroxide solution lowers the conductivity because H⁺ and OH⁻ combine to form water, that it never reaches zero at the neutralization point because Na⁺ and Cl⁻ remain, and that it rises again once excess H⁺ is added.
▶ シミュレーションを開く▶ Open the simulation

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

  1. 電球が光っているNaOH水溶液に塩酸を少しずつ加えていきます。電球の明るさはどのように変わると思いますか。横軸を「加えた塩酸の量」、縦軸を「明るさ」としてグラフの形を予想して描いてみよう。A bulb is lit by NaOH solution. We slowly add hydrochloric acid. How do you think the brightness will change? Sketch a graph with "amount of HCl added" on the x-axis and "brightness" on the y-axis.💡 水溶液に電流が流れるのは何があるからでしたか。H⁺とOH⁻が出会うと何ができるかも思い出そう。What must a solution contain for current to flow? Also recall what H⁺ and OH⁻ form when they meet.
  2. ちょうど中和したとき（中性になったとき）、電球は完全に消えると思いますか。理由も書こう。At the exact neutralization point (when the solution is neutral), do you think the bulb goes completely dark? Give a reason.💡 中和でなくなるイオンと、反応に加わらないイオンを分けて考えてみよう。Separate the ions that are used up in neutralization from the ions that take no part in the reaction.

2動かしてみようTry it

  1. 「一時停止」を押してから「リセット」を押す。「塩酸のモル濃度」を0.1 mol/L、「塩酸の滴下速度」を1.0 滴/秒にし、「かき混ぜ棒 ON」にチェックが入っていることを確かめる。ビーカー内のイオンの種類と数（画面下のカウンタ：Na⁺ 24、OH⁻ 24）、電球の「明るさ 100%」、pHメーターの値を記録する。Press "Pause", then "Reset". Set "HCl concentration" to 0.1 mol/L and "HCl drip rate" to 1.0 drops/s, and make sure "Stirring rod ON" is checked. Record the ions in the beaker and their numbers (counter at the bottom: Na⁺ 24, OH⁻ 24), the bulb's "Brightness 100%", and the pH meter reading.
  2. 「スタート」を押して塩酸を滴下する。H⁺（オレンジ）とOH⁻（赤）が出会って「H₂O」のマークを出して消える様子と、Cl⁻（緑）とNa⁺（青）がどうなるかを観察する。Press "Start" to drip in the acid. Watch H⁺ (orange) and OH⁻ (red) meet, show an "H₂O" mark and disappear, and watch what happens to Cl⁻ (green) and Na⁺ (blue).
  3. グラフ「明るさ履歴」の黄色い線（実測）を見ながら、緑の点線「中和点」（HCl 2.4 mmol）付近で明るさとpHの値、カウンタのイオン数を記録する。さらに「HCl 4.8mmol 終了」と表示されるまで続けて、最後の明るさとイオン数を記録する。Watching the yellow "Measured" line on the brightness graph, record the brightness, pH and ion counts near the green dashed "Neutralization point" (HCl 2.4 mmol). Continue until "HCl 4.8mmol done" appears and record the final brightness and ion counts.
  4. 「リセット」を押し、「かき混ぜ棒 ON」のチェックを外して（「かき混ぜ棒 OFF」）スタートする。イオンの分布とpHメーター・明るさの変化を観察したあと、もう一度チェックを入れてかき混ぜ、分布がどう変わるかを見る。Press "Reset", uncheck the stirring rod ("Stirring rod OFF") and run again. Observe the ion distribution, the pH meter and the brightness, then check the box again and see how the distribution changes when stirred.
  5. 「リセット」して「かき混ぜ棒 ON」に戻し、「塩酸のモル濃度」を0.4 mol/Lにして実行する。白い点線（理論）の谷の位置と高さが0.1 mol/Lのときとどう違うかを比べる。Press "Reset", turn the stirring rod back ON, set "HCl concentration" to 0.4 mol/L and run. Compare the position and height of the dip in the white dashed "Theory" line with the 0.1 mol/L run.

3確かめようCheck

  1. 塩酸を加えていくと、ビーカー内で数が減っていくイオンは何ですか。そのイオンはどうなりましたか。As acid is added, which ion decreases in number in the beaker? What happens to it?→ OH⁻が減っていく（24→0）。加えたH⁺と出会うとH⁺ + OH⁻ → H₂O で水になって消え、「H₂O生成」の数が増える。Na⁺とCl⁻は結びつかずにばらばらに動き回り、Na⁺は24のまま、Cl⁻は滴下した分だけ増える。OH⁻ decreases (24 → 0). When it meets an added H⁺ they form water, H⁺ + OH⁻ → H₂O, and disappear; the "H₂O formed" count goes up. Na⁺ and Cl⁻ do not pair up and keep moving separately; Na⁺ stays at 24 and Cl⁻ increases with every drop.
  2. 中和点（HCl 2.4 mmol）付近で、電球の明るさとpHはどうなっていましたか。明るさは0になりましたか。Near the neutralization point (HCl 2.4 mmol), what were the brightness and pH? Did the brightness reach zero?→ 明るさは最小になるが0にはならない（実測でおよそ35〜40%、理論の点線では約25%）。pHメーターは7をまたいで酸性側に変わり、グラフの横軸に緑の▲が付く。Na⁺ 24個とCl⁻ 約24個が残っているので電流が流れる。Brightness is at its lowest but not zero (about 35–40% on the measured line, about 25% on the dashed theory line). The pH meter crosses 7 toward acidic and a green ▲ appears on the graph's x-axis. About 24 Na⁺ and 24 Cl⁻ remain, so current still flows.
  3. 中和点を過ぎてさらに塩酸を加えると、明るさとイオンの数はどうなりましたか。After the neutralization point, what happened to the brightness and the ion counts as more acid was added?→ OH⁻が0になったので、加えたH⁺は反応せずにそのまま残り、H⁺とCl⁻が増える。明るさは再び上がり、4.8 mmolでおよそ70〜75%になる（グラフは谷型のV字になる）。pHは1台まで下がる。With no OH⁻ left, the added H⁺ stays unreacted, so H⁺ and Cl⁻ increase. Brightness rises again to about 70–75% at 4.8 mmol, giving a V-shaped (valley) graph. The pH drops to about 1.4.
  4. 「かき混ぜ棒 OFF」のとき、イオンの分布やpHメーターはどうなりましたか。With the stirring rod OFF, what happened to the ion distribution and the pH meter?→ H⁺とCl⁻は滴下口（左側）付近にかたまり、中和もそこだけで起こる。右側にはOH⁻が残るのでムラができ、右側にあるpHメーターはしばらく高いpH（12前後）を示し続ける。かき混ぜ棒をONにすると全体が混ざり、ムラは均されていく。H⁺ and Cl⁻ gather near the drop inlet on the left, and neutralization happens only there. OH⁻ remains on the right, so the mixture is uneven and the pH meter on the right keeps showing a high pH (around 12) for a while. Turning the stirring rod ON mixes everything and the unevenness evens out.

4考えようThink further

  1. 中和点の前と後で、イオンの総数はほとんど同じくらいなのに、中和点の後のほうが明るくなるのはなぜですか。Before and after the neutralization point the total number of ions can be similar, so why is the bulb brighter after it?→ 中和前は残っているOH⁻が、中和後は増えたH⁺が電気を運ぶ。H⁺はNa⁺やCl⁻よりずっと速く動けるイオンで（OH⁻も速いが、H⁺はそれ以上）、電気を運ぶはたらきが大きい。明るさはイオンの数だけでなく、イオンの種類（動きやすさ）にも左右される。グラフの棒の色の内訳でもH⁺（オレンジ）の部分が大きい。Before neutralization the remaining OH⁻ carries charge; afterwards the added H⁺ does. H⁺ moves much faster than Na⁺ or Cl⁻ (OH⁻ is also fast, but H⁺ is faster still), so it carries more current. Brightness depends not only on how many ions there are but also on which ions (their mobility). The colored bar on the graph shows the large orange H⁺ share.
  2. 水酸化バリウム水溶液に硫酸を加えた場合は、中和点で電流がほぼ0になります。この作品の結果とちがうのはなぜだと考えられますか。When sulfuric acid is added to barium hydroxide solution, the current drops almost to zero at the neutralization point. Why is this different from what this simulation shows?→ その反応では塩の硫酸バリウムが水にとけにくく沈殿するので、Ba²⁺とSO₄²⁻も水溶液中からなくなり、イオンがほとんど残らない。塩酸と水酸化ナトリウムでできる塩化ナトリウムは水にとけてNa⁺とCl⁻のまま残るため、電流は0にならない。（硫酸バリウムの反応はこの作品では扱っていない。）There the salt, barium sulfate, is insoluble and precipitates, so Ba²⁺ and SO₄²⁻ also leave the solution and almost no ions remain. Sodium chloride from HCl and NaOH stays dissolved as Na⁺ and Cl⁻, so the current does not drop to zero. (The barium sulfate reaction is not modeled in this simulation.)

よくある誤解Common misconceptions

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)

中和neutralization中和点neutralization point (equivalence point)電離ionization (dissociation)塩salt水溶液の電気の通しやすさ（電気伝導度）electrical conductivity of a solutionpHpH

先生へFor teachers

モデルはNaOH 0.10 mol/L・24 mLに1滴1 mLの塩酸を加え、1粒子＝0.1 mmolに粗視化したもので、明るさは各イオンのモル伝導率で重みづけした伝導度（初めを100%）をそのまま表しており、実際の電球の明るさは電流に比例しないうえ、この濃度では電球が光らないこともあるので、実験では電流計やLED・電子オルゴールを使うとよい。実測線は粒子の反応に時間がかかるため理論の点線より谷が浅く、塩酸の濃度や滴下速度を上げるほどずれが大きくなる（0.4 mol/Lでは谷がほとんど見えない）ので、谷を見せたいときは0.1 mol/L・ゆっくりの滴下で行い、点線と比べさせる。H⁺の移動度が大きい理由（プロトンのリレー的移動）は中学の範囲外なので「H⁺は特に動きが速い」程度で扱う。The model adds 1 mL drops of HCl to 24 mL of 0.10 mol/L NaOH, coarse-grained to 1 particle = 0.1 mmol; "brightness" is simply the conductivity weighted by each ion's molar conductivity (start = 100%), whereas a real bulb's brightness is not proportional to current and may not light at all at these concentrations, so use an ammeter, LED or buzzer in the lab. Because particle reactions take time, the measured line dips less than the dashed theory line, and the gap grows with higher HCl concentration or drip rate (at 0.4 mol/L the dip is barely visible), so demonstrate the valley at 0.1 mol/L with slow dripping and have students compare with the dashed line. Why H⁺ is so mobile (proton hopping, the Grotthuss mechanism) is beyond junior-high level; "H⁺ moves especially fast" is enough.