フェノールフタレイン数滴と石灰水を混合したものをしみこませたろ紙を置くと

質問

ある高校の入試問題です。
『【実験1】落ち葉がたくさん落ちているところの土をとってきて、これをふるいにかけ、得られた細かい土を100g入れたペットボトル(A)と、空きのペットボトル(B)を用意した。両方のペットボトルに1％ブドウ糖溶液を50ml入れて両方のペットボトルにふたをした。25℃～30℃で２日間おいた後、ふたをはずして両方のペットボトルの口に、フェノールフタレイン数滴と石灰水を混合したものをしみこませたろ紙を置くと、(A)に置いたろ紙はペットボトルの口と接触している部分周辺で色の変化が確認できたが、（B)に置いたろ紙には変化が無かった。

問２　【実験１】におけるろ紙の変化について考察した以下の文章中の
(1)・(4)には数字を、(2)・(3)には化学式を入れなさい。

　(A)のペットボトル内には目に見えないたくさんの微生物が存在し、これらの微生物がブドウ糖（C6H12O6)等の有機物を呼吸気質として用い、これを無機物に分解することで生活するためのエネルギーを得ている。この反応の一例を科学反応式で示すと次のようになる。
C6H12O6　＋　(1)　(2)　→6　(3)　＋　(4)H2O

この反応を含む種々の反応が起こることによって、（A)のペットボトル内の気体の組成が変化し、もとの気体よりも　(2)　の割合が減少し、　(3)の割合が増加していたことが予想できる。このとき発生した　(3)が
ろ紙の色の変化をおこしたと考えられる。　　　』

という問題があります。(1)6　　(2)O2　　(3)CO2　　(4)6　です。
この解答には異論はありません。この設問で言っている『フェノールフタレイン数滴と石灰水を混合したものをしみこませたろ紙』は赤くなっていると思います。Ca(OH)2　→Ca2+　＋2OH-　という反応が進んでいるからです。さて（A)のペットボトル内は、通常の空気より二酸化炭素の濃度が増加しています。その結果、ろ紙にしみこんでいる石灰水と反応し、Ca(OH)2　＋CO2　→　CaCO3　＋H2O　という反応が進んだので、ろ紙が白色になったと思うのですが、いかがですか?
さらにこの反応は、CaCO3　＋　H2O＋　CO2　→　Ca(HCO3)2　という反応も引き起こす可能性があるのですが、このことはこの実験の場合、考慮しなくていいのですか？　
　最後にこの設問では、『このとき発生した　(3)がろ紙の色の変化をおこしたと考えられる。』と書いてあって、いかにも発生した二酸化炭素が酸性だから、フェノールフタレインに直接反応して、ろ紙を白色にしたんだ!と誤解させるように仕向けていると思うのですが、いかがですか？　以上宜しくお願いします。

回答No.1

htms42 · ベストアンサー

（１）＞Ca(OH)2　＋CO2　→　CaCO3　＋H2O　という反応が進んだので、ろ紙が白色になったと思うのですが、いかがですか?

（２）＞さらにこの反応は、CaCO3　＋　H2O＋　CO2　→　Ca(HCO3)2　という反応も引き起こす可能性があるのですが、このことはこの実験の場合、考慮しなくていいのですか？　

（３）＞いかにも発生した二酸化炭素が酸性だから、フェノールフタレインに直接反応して、ろ紙を白色にしたんだ!と誤解させるように仕向けてい

（１）起こっている反応としてはこれでいいです。
しかし、（２）（３）の質問が出るということでは反応の意味については誤解があるようです。

（３）この反応は中和反応です。中和反応によって生じた塩の溶解度が小さいですから、沈殿が生じるという反応が一緒に起こっています。
水に溶けたＣＯ２がＣａ(ＯＨ)２のアルカリ性を中和しています。
ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＣＯ３
という酸を生じていると考えると分かりやすいでしょう。
沈殿が生じるということで色の消え方が速くなっています。
フェノールフタレインを加えた水酸化ナトリウムの水溶液に息を吹き込んで見ます。徐々に色が薄くなっていきます。かすかに色が見えるというところまでやるとＮａＨＣＯ３の溶液になっています。途中にあるＮａ２ＣＯ３の溶液に相当する段階は色では分かりません。
２ＮａＯＨ＋ＣＯ２→Ｎａ２ＣＯ３＋Ｈ２Ｏ
Ｎａ２ＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→２ＮａＨＣＯ３

Ｃａ(ＯＨ)２は２ＮａＯＨに相当します。
Ｎａ２ＣＯ３は水によく溶けますがＣａＣＯ３は溶けないのです。
Ｎａ２ＣＯ３は中和の途中段階にありますからアルカリ性の強さはＮａＯＨとＮａＨＣＯ３の間にあります。結構強いアルカリ性を示します。
ＣａＣＯ３ももし水に溶けるのであれば同じように強いアルカリ性を示すだろと思います。でも水に溶けないのでアルカリ性を示さなくなっているのです。

（２）の反応も可能性がありますがかなりＣＯ２の発生が強くないと駄目でしょう。起こったとしてもほとんど無色ですから観察には差し支えありません。沈殿反応だと思っておられるので沈殿が溶ければアルカリ性が復活すると思われているのではないでしょうか。
アルカリ性が復活しても上で見たＮａＨＣＯ３の溶液の程度です。
ろ紙では起こりにくい可能性があります。

試験管でやった場合は、その段階まで行くと沈殿が溶けていますから濁りがなくなります。フェノールフタレインの色はかすかに赤いという状態です。ＣａＣＯ３の濁りが完全になくなるというのは難しいですから白と赤が混ざって薄い桃色に見えます。薄い石灰水を用いた場合は無色というところまで行くようです。

一度石灰水に息を吹き込んで色の変化を試してみてください。

お礼

懇切丁寧に解説していただき、ありがとうございます。今後もよろしくお願いします。（^^）/ではまた。