酸と塩基の問題

どの組み合わせでも、酸と塩基の物質量はどちらも $0.10\times \frac{10}{1000}=1.0\times 10^{-3}\text{mol}$ で等しい。そこで、価数を考えて「どちらかが余るか」「ちょうど中和したときにできる塩の水溶液の液性は何か」を調べる。

• (a) $\text{HCl}$（$1$ 価）と $\text{NaOH}$（$1$ 価）は過不足なく中和し、$\text{NaCl}$ ができる。強酸と強塩基からなる正塩は加水分解しないので中性。
• (b) ${\text{CH}}_3\text{COOH}$（$1$ 価）と $\text{NaOH}$（$1$ 価）は過不足なく中和し、${\text{CH}}_3\text{COONa}$ ができる。酢酸イオンが一部、${\text{CH}}_3{\text{COO}}^{-}+{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{CH}}_3\text{COOH}+{\text{OH}}^{-}$ のように水と反応して ${\text{OH}}^{-}$ を生じるので塩基性。
• (c) $\text{HCl}$（$1$ 価）と ${\text{NH}}_3$（$1$ 価）は過不足なく中和し、${\text{NH}}_4\text{Cl}$ ができる。アンモニウムイオンが一部、${\text{NH}}_4^{+}+{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{NH}}_3+{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$ のように水と反応して ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$ を生じるので酸性。
• (d) ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ は $2$ 価なので、${\text{H}}^{+}$ は $2.0\times 10^{-3}\text{mol}$、${\text{OH}}^{-}$ は $1.0\times 10^{-3}\text{mol}$ で、酸が余る。${\text{H}}_2{\text{SO}}_4+\text{NaOH}\to {\text{NaHSO}}_4+{\text{H}}_2\text{O}$ となり、${\text{HSO}}_4^{-}$ が ${\text{H}}^{+}$ を出すので酸性。
• (e) ${\text{HNO}}_3$ は $1$ 価、${\text{Ba(OH)}}_2$ は $2$ 価なので、${\text{H}}^{+}$ $1.0\times 10^{-3}\text{mol}$ に対し ${\text{OH}}^{-}$ は $2.0\times 10^{-3}\text{mol}$ で、塩基が余る。塩基性。
• (f) ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$（$2$ 価）と ${\text{Ba(OH)}}_2$（$2$ 価）は過不足なく中和し、${\text{H}}_2{\text{SO}}_4+{\text{Ba(OH)}}_2\to {\text{BaSO}}_4+2{\text{H}}_2\text{O}$ により ${\text{BaSO}}_4$ が沈殿する。上澄み液には酸も塩基も残らず、中性。

よって、酸性を示すのは (c) と (d) の $2$ 通りである。

各水溶液は 0.10 mol/L、10 mL ずつなので、酸・塩基それぞれ $1.0\times 10^{-3}\text{mol}$ を用いている。H${}^{+}$ と OH${}^{-}$ の物質量を比べる。

(a) HCl: H${}^{+}$ $1.0\times 10^{-3}$ mol、NaOH: OH${}^{-}$ $1.0\times 10^{-3}$ mol。過不足なく中和し、NaCl の水溶液 → 中性。

(b) 酢酸と NaOH は 1:1 で完全に中和し、${\text{CH}}_3\text{COONa}$ の水溶液になる。${\text{CH}}_3{\text{COO}}^{-}$ が加水分解して OH${}^{-}$ を生じる → 塩基性。

(c) HCl とアンモニアは 1:1 で完全に中和し、${\text{NH}}_4\text{Cl}$ の水溶液になる。${\text{NH}}_4^{+}$ が加水分解して H${}^{+}$ を生じる → 酸性。

(d) ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ は 2 価なので H${}^{+}$ は $2.0\times 10^{-3}$ mol、NaOH の OH${}^{-}$ は $1.0\times 10^{-3}$ mol。H${}^{+}$ が $1.0\times 10^{-3}$ mol 余る → 酸性。

(e) ${\text{HNO}}_3$ の H${}^{+}$ は $1.0\times 10^{-3}$ mol、${\text{Ba(OH)}}_2$ は 2 価なので OH${}^{-}$ は $2.0\times 10^{-3}$ mol。OH${}^{-}$ が $1.0\times 10^{-3}$ mol 余る → 塩基性。

(f) ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ の H${}^{+}$ は $2.0\times 10^{-3}$ mol、${\text{Ba(OH)}}_2$ の OH${}^{-}$ も $2.0\times 10^{-3}$ mol で過不足なく中和し、${\text{BaSO}}_4$ が沈殿する。上澄み液は H${}^{+}$、OH${}^{-}$ とも余らず(BaSO${}_4$ はほとんど溶けない) → 中性。

酸性を示すのは (c) と (d) の 2 通り。

確認: 中性は (a)(f)、塩基性は (b)(e)、酸性は (c)(d) で、$2+2+2=6$ 通りとなり、すべての組み合わせを分類できている。