化学反応の種類
硝酸銀水溶液に銅線を入れると、銀の結晶が育ち、液が青くなります。銅が銀と入れ替わったのです。
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知られている反応は何百万もありますが、多くは限られた型に従います。型を覚えると、見る前に生成物を予想できます。教科書によっては、結合、分解、交換など、化学式の変化で分類します。また、固体の生成、陽子の移動、電子の移動など、粒子の変化で分ける場合もあります。2つの分類は重なるので、両方を知っておくと役立ちます。
結びつく反応と分かれる反応
化合反応では、2種類以上の物質が結びついて1種類の生成物になります。A + B → ABです。窒素と水素からアンモニアができるN₂ + 3H₂ → 2NH₃は、工業的なアンモニア製造に使われます。鉄と酸素は酸化鉄(III)になります。分解反応はその逆で、1種類の物質が2種類以上に分かれます。AB → A + Bです。過酸化水素は2H₂O₂ → 2H₂O + O₂のようにゆっくり水と酸素に分解し、窯で加熱した石灰岩は石灰と二酸化炭素に分解します。
相手が入れ替わる反応
置換反応では、ある元素が化合物中の別の元素に取って代わります。A + BC → AC + Bです。代表例は硝酸銀水溶液に入れた銅で、Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Agとなります。銅原子は水溶液中で青色の銅イオンになり、銀イオンは金属として析出します。塩酸中のマグネシウムは水素と入れ替わって泡を出します。Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂です。
複分解反応では、2つの化合物が相手を交換します。AB + CD → AD + CBです。透明な硝酸銀水溶液と塩化ナトリウム水溶液を混ぜると、水に溶けない塩化銀が生じ、すぐに白い固体が現れます。AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃です。このように水溶液から固体が生じる反応を沈殿反応といいます。化学では、イオン化合物が水に溶けるかどうかをまとめた溶解性の規則を使って予測します。
燃焼、中和、電子の移動
燃焼反応は、燃料が酸素と速やかに反応して熱を放出し、通常は光も出す反応です。燃料が炭素と水素だけ、または炭素、水素、酸素からなる場合、完全燃焼すると二酸化炭素と水ができます。メタン、プロパン、エタノールがその例です。中和反応では、酸と塩基が反応して塩と水ができます。HCl + NaOH → NaCl + H₂Oです。制酸剤はこの仕組みで胃酸に作用します。詳しくは酸と塩基のコースで扱います。
こうした反応の多くには、物質の間を電子が移動するという共通点があります。ナトリウムが塩素と反応するとき、ナトリウム原子はそれぞれ電子を1個失い、塩素原子はそれぞれ電子を1個受け取ります。電子を失うことを酸化、受け取ることを還元といいます。一方だけでは起きないので、これらを酸化還元反応と呼びます。燃焼、さびの生成、置換反応はいずれも酸化還元反応です。沈殿反応と中和反応では、どの元素も酸化数が変わらないため、酸化還元反応ではありません。
| 種類 | 型 | 例 |
|---|---|---|
| 化合 | A + B → AB | N₂ + 3H₂ → 2NH₃ |
| 分解 | AB → A + B | 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ |
| 置換 | A + BC → AC + B | Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag |
| 複分解 | AB + CD → AD + CB | AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃ |
| 燃焼 | 燃料 + O₂ → CO₂ + H₂O | C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O |
| 中和 | 酸 + 塩基 → 塩 + 水 | HCl + NaOH → NaCl + H₂O |
| A + B → AB | 化合（結合） |
| AB → A + B | 分解 |
| A + BC → AC + B | 置換 |
| AB + CD → AD + CB | 複分解 |
| 酸化 | 電子を失うこと |
| 還元 | 電子を受け取ること |
- 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂はどの種類の反応ですか？
- 分解
- 化合
- 複分解
- 中和
- N₂ + 3H₂ → 2NH₃はどの種類の反応ですか？
- 化合
- 分解
- 置換
- 燃焼
- AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃では白い固体ができます。どの生成物が固体ですか？
- AgCl
- NaNO₃
- AgNO₃
- NaCl
- Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Agで、水溶液は何色になりますか？
- 青
- 赤
- 黄
- 無色のまま
- プロパンが完全燃焼すると、何ができますか？
- CO₂とH₂O
- CとH₂
- COとO₂
- CH₄とO₂
- 電子を失うことを何といいますか？
- 酸化
- 還元
- 中和
- 沈殿の生成
- 酸化還元反応ではないものはどれですか？
- HCl + NaOH → NaCl + H₂O
- CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
- 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃
- Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂
- Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂はどの種類の反応ですか？
- 置換
- 複分解
- 分解
- 化合
- 酸 + 塩基 → 塩 + 水という反応を何といいますか？
- 中和
- 燃焼
- 分解
- 化合
- 次のうち酸化還元反応はいくつありますか？ N₂ + 3H₂ → 2NH₃、C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O、Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag
- 化合では結びつき、分解では分かれ、置換反応では相手が入れ替わります。
- 複分解では沈殿ができることが多く、炭素と水素を含む燃料が完全燃焼するとCO₂とH₂Oが生じます。
- 酸化還元反応では電子が移動します。酸化は電子を失うこと、還元は受け取ることです。
このコースの出典 (14)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 law of conservation of matter, 1.3 chemical change (rust, combustion, cooking and rotting)
- 4.1 balancing by inspection (CH4 + 2O2, 2H2O to 2H2 + O2, 2N2 + 5O2 to 2N2O5)
- 4.2 precipitation (PbI2 from KI and Pb(NO3)2, AgCl insoluble)
- redox (Na + Cl2, copper wire in silver nitrate)
- combustion, 5.1 specific heat of water 4.184 J/g °C, 5.3 enthalpy (ΔH < 0 exothermic; ΔHc CH4 −890.8, H2 −285.8, ethanol −1366.8, methanol −726.1 kJ/mol; 1.00 L isooctane 33,100 kJ; ozone formation endothermic)
- 12.2 factors affecting rates (sodium and iron in air, calcium and sodium in water, sawdust, rate roughly doubles per 10 °C, phosphorus in pure oxygen, air about 20% oxygen, H2O2 decomposition)
- 12.5 collision theory and Arrhenius equation (R = 8.314 J/mol/K, catalytic converters)
- 12.7 catalysis and enzymes
- NIST Chemistry WebBook methane ΔcH°gas −890.7 ± 0.4 kJ/mol (webbook.nist.gov)
- NIST CODATA Avogadro constant 6.022 140 76 × 10²³ mol⁻¹ exact (physics.nist.gov)
- IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights (H 1.0080, C 12.011, N 14.007, O 15.999, Na 22.990, Ca 40.078, Fe 55.845, Sn 118.71; ciaaw.org)
- ACS International Historic Chemical Landmark, The Chemical Revolution of Antoine-Laurent Lavoisier (acs.org, Traité élémentaire de chimie 1789, quotation on conservation of mass)
- Lavoisier, memoir on the calcination of tin in closed vessels, Mémoires de l'Académie Royale des Sciences for 1774, published 1777 (via web.lemoyne.edu/giunta/classicalcs/lavoisier.html)
- PubChem sodium bicarbonate and acetic acid pages (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov).
確認日: 2026-10-17