高校化学基礎・化学

【高校化学基礎】中和と中和滴定

まず中和から入るけど,中和ってのは水溶液中に $\text{H}^+$ と$\text{OH}^-$ が同じ数だけあって,それが過不足なく反応してなくなってしまうことだった。

$\text{H}^++\text{OH}^-\rightarrow\text{H}_2\text{O}$ で水になるんでしたよね。そこ知ってた。

だから中和の考えとしては,水溶液中に $\text{H}^+$ と $\text{OH}^-$ を同じ数だけそろえればいいよね。

わりと単純ですね。

そうなんだけど,問題として出てくるとややこしくなる。

ad

中和反応の量的関係

2.0g の固体の水酸化ナトリウムを中和するのに,希塩酸を 50 mL 要した。この希塩酸の濃度は何 mol/L か。

全然式作れないですよ。

作りたい式は $\text{H}^+$ のモル数= $\text{OH}^-$ のモル数。まず,希塩酸の濃度を $x$ mol/L とする。

塩酸は $\text{HCl}\rightarrow\text{H}^++\text{Cl}^-$ だから,もし塩酸が 1 mol あったら,$\text{H}^+$ も 1 mol できることになる。

希塩酸 50 mL なら,$x$ を用いて希塩酸は何 mol ある?

こういう計算すごい苦手で,全然分かりません。

正解は $x\times\cfrac{50}{1000}$ mol。計算ニガテな人多いよね。こういうときは比の式作るといいよ。1 L=1000 mL あたり $x$ mol あるとして,50 mL で $y$ mol とすると

$1000:x=50:y$

$1000y=50x$

$y=\cfrac{50}{1000}x$ mol

これならいけるかも。

次いくよ。今度は 2.0g の水酸化ナトリウム NaOH で $\text{OH}^-$ が何 mol できるかを考える。

どうしたらいいんですか?

こういうときは原子量が必要。教科書の表紙の裏とかに載ってるから見てみて。Na 23,O 16,H 1.0 になってる。

23+16+1=40 か。

そういうこと。これは NaOH が 1 mol で 40g っていう意味だった。で,今あるのは 2.0g。ここも比の式使うと

1 mol:40g =$x$ mol:2.0g

$40x=2.0$

$x=\cfrac{2.0}{40}$ mol

なるほど。

$\text{NaOH}\rightarrow\text{Na}^++\text{OH}^-$ だから,NaOH が 0.05 mol なら $\text{OH}^-$ も 0.05mol できることになる。

あとは方程式か。

$1\times x\times\cfrac{50}{1000}=1\times\cfrac{2.0}{40}$

$x=1.0$ mol/L (答え)

ad

中和滴定

濃度の分かっている酸・塩基を用いて,濃度のわからない塩基・酸の濃度を決める操作を中和滴定という。中和滴定は器具について問われるから,覚えること。

まず,溶液を滴下する道具としてホールピペットビュレットがある。これらは使用する溶液で器具の内壁を数回洗浄してから使用する。これを共洗い(ともあらい)という。

何で?

中に水が入ってると溶液が薄まってしまうから。

次に溶液を作るのに使うのがメスフラスコ。あと,濃度のわからない溶液を入れるヤツがコニカルビーカー。これらに溶液を入れる時点では溶液中の溶質の物質量はすでに決まっているから,これらは水でぬれたままでよい

あと,これらのガラス器具は加熱乾燥してはいけない。ガラスが熱で変形して,体積が正しく測れなくなる。

ad

中和滴定の演習

実際問題チャレンジしてみようか。

水酸化バリウム 17.1g を純水に溶かし,1.00 L の水溶液とした。この水溶液を用いて,濃度不明の酢酸水溶液 10.0 mL の中和滴定を行ったところ,過不足なく中和するのに 15.0 mL を要した。この酢酸水溶液の濃度は何 mol/L か。ただし,原子量は H 1.0,O 16,Ba 137 とする。(センター2012追試改)

水酸化バリウムのモル質量は $137+(16+1.0)\times2=171$ g/mol である。よって水酸化バリウム 17.1 g の物質量は 0.1 mol。水溶液の濃度は 0.1 mol/L である。

また,水酸化バリウム $\text{Ba(OH)}_2$ は 2 価の塩基だから,水酸化物イオン濃度 $[\text{OH}^-]$ は 0.2 mol/L である。

これどういうことでしたっけ?

水に溶けてイオンになると $\text{Ba(OH)}_2\rightarrow\text{Ba}^{2+}+2\text{OH}^-$ ってなるから,水酸化バリウム 1 mol あたり 2 mol の $\text{OH}^-$ ができる。だから 2 倍する。

過不足なく中和するのに 15.0 mL を要したので

0.2 mol:1000 mL = $x$ mol:15.0 mL

$1000x=0.2\times15.0$

$x=0.2\times\cfrac{15.0}{1000}=3.0\times10^{-3}$ mol

ということは,酢酸のほうの $\text{H}^+$ も同じ mol だけ存在していることになる。

酢酸は $\text{CH}_3\text{COOH}\leftrightarrows\text{H}^++\text{CH}_3\text{COO}^-$ だから 1 価の弱酸である。

弱酸でしたっけ?

そう,弱酸。問題に関係ないけど暗記すべき。

よって酢酸の物質量は $3.0\times10^{-3}$ mol。酢酸水溶液は 10.0 mL だから,濃度を求めると

$3.0\times10^{-3}:10.0=x:1000$

$10x=3.0\times10^{-3}\times1000$

$10x=3.0$

$x=0.3$ mol/L (答え)

どういうこと?

比の式を作って求めてみた。10.0 mL に $3.0\times10^{-3}$ mol あるんだから,1 L=1000 mL あたりだと何 mol あるかを求めている。それが濃度ってこと。

タイトルとURLをコピーしました