酸と塩基の問題

空気中の二酸化炭素 ${\text{CO}}_2$ の割合を調べるため、次の実験を行った。

$0^{\circ }\text{C}$, $1.013\times 10^5\text{Pa}$ で体積 $11.2\text{L}$ の空気を、濃度 $1.00\times 10^{-2}\text{mol/L}$ の水酸化バリウム ${\text{Ba(OH)}}_2$ 水溶液 $100\text{mL}$ にゆっくり通じたところ、空気中の二酸化炭素はすべて吸収されて炭酸バリウム ${\text{BaCO}}_3$ の白色沈殿になった。沈殿が沈んだ後、沈殿を含まないように上澄み液 $20.0\text{mL}$ をとり、フェノールフタレインを指示薬として濃度 $1.00\times 10^{-2}\text{mol/L}$ の塩酸で滴定したところ、終点までに $32.0\text{mL}$ を要した。

この空気に含まれていた二酸化炭素の体積の割合は何 % か。有効数字 3 桁で求めよ。ただし、気体は理想気体とみなし、$0^{\circ }\text{C}$, $1.013\times 10^5\text{Pa}$ における気体のモル体積を $22.4\text{L/mol}$ とする。また、二酸化炭素の吸収による水溶液の体積変化や水の蒸発は無視し、空気中で水酸化バリウムと反応する成分は二酸化炭素だけとする。

ある濃度の水酸化ナトリウム水溶液を空気中に放置したところ、空気中の二酸化炭素を吸収し、水酸化ナトリウムの一部が炭酸ナトリウムに変化した。この水溶液 $20.0\text{mL}$ をとり、フェノールフタレインを指示薬として $0.100\text{mol/L}$ の塩酸で滴定したところ、$18.0\text{mL}$ 加えたところで溶液の赤色が消えた。続いてメチルオレンジを加えて同じ塩酸で滴定を続けたところ、さらに $4.0\text{mL}$ 加えたところで溶液の色が黄色から赤色に変わった。

二酸化炭素を吸収する前の水酸化ナトリウム水溶液のモル濃度は何 $\text{mol/L}$ か。有効数字 $2$ 桁で答えよ。ただし、二酸化炭素の吸収や放置による水溶液の体積の変化は無視でき、水溶液中には水酸化ナトリウムと炭酸ナトリウム以外の溶質は含まれていないものとする。

炭酸カルシウム ${\text{CaCO}}_3$ と、酸とも塩基とも反応しない不純物だけからなる石灰石の粉末がある。この粉末 $0.500\text{g}$ をビーカーにとり、濃度 $0.500\text{mol/L}$ の塩酸 $25.0\text{mL}$ を加えたところ、気体を発生しながら炭酸カルシウムはすべて溶けた。この溶液をおだやかに加熱して、溶けている二酸化炭素を完全に追い出したのち冷却し、フェノールフタレインを指示薬として濃度 $0.200\text{mol/L}$ の水酸化ナトリウム水溶液で滴定したところ、中和点までに $17.5\text{mL}$ を要した。

この石灰石に含まれる炭酸カルシウムの質量パーセントは何 % か。有効数字 $2$ 桁で答えよ。ただし、原子量は $\text{C}=12$、$\text{O}=16$、$\text{Ca}=40$ とし、加熱によって塩化水素は失われないものとする。

塩酸と硫酸の混合水溶液 A がある。A について、次の実験 1・2 を行った。

実験 1: A を $10.0\text{mL}$ とり、フェノールフタレインを指示薬として濃度 $0.100\text{mol/L}$ の水酸化ナトリウム水溶液で滴定したところ、中和点までに $16.0\text{mL}$ を要した。

実験 2: A を別に $10.0\text{mL}$ とり、塩化バリウム水溶液を十分に加えたところ、白色の沈殿として硫酸バリウム ${\text{BaSO}}_4$ が生じた。この沈殿をろ過・乾燥して質量をはかると $0.0699\text{g}$ であった。

A に含まれる塩化水素 $\text{HCl}$ のモル濃度は何 $\text{mol/L}$ か。有効数字 $2$ 桁で答えよ。ただし、原子量は $\text{O}=16$、$\text{S}=32$、$\text{Ba}=137$ とし、実験 2 で $\text{A}$ 中の硫酸イオンはすべて硫酸バリウムとして沈殿し、硫酸バリウムの水への溶解は無視できるものとする。

炭酸ナトリウム ${\text{Na}}_2{\text{CO}}_3$ と炭酸水素ナトリウム ${\text{NaHCO}}_3$ だけからなる固体の混合物 $2.32\text{g}$ を純水に溶かし、メスフラスコで全体の体積を正確に $100\text{mL}$ にした。この水溶液から $10.0\text{mL}$ をホールピペットでとり、メチルオレンジを指示薬として濃度 $0.100\text{mol/L}$ の塩酸で滴定したところ、終点までに塩酸 $35.0\text{mL}$ を要した。終点では、炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムはすべて塩酸と反応して塩化ナトリウム、水、二酸化炭素になったものとする。もとの混合物に含まれていた炭酸水素ナトリウムの質量は何 g か。有効数字 3 桁で求めよ。ただし、原子量は $\text{H}=1.0$, $\text{C}=12$, $\text{O}=16$, $\text{Na}=23$ とする。