化学変化とイオンの問題
うすい塩酸 A とうすい水酸化ナトリウム水溶液 B を用いて、次の実験を行った。
5 つの蒸発皿にそれぞれ A を ずつとり、B をそれぞれ 、、、、 加えてよくかき混ぜた。その後、それぞれの水溶液を加熱して水を完全に蒸発させ、残った固体の質量をはかったところ、次のようになった。
| 加えた B の体積〔〕 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 残った固体の質量〔〕 |
ただし、A と B は完全に反応するものとし、加熱したとき塩化水素は水とともにすべて空気中へ出ていき、残った固体は塩化ナトリウムと、反応せずに残った水酸化ナトリウムだけであるとする。また、水酸化ナトリウムは加熱によって変化しないものとする。
B を 加えた蒸発皿に残った固体のうち、塩化ナトリウムの質量は何 g ですか。
この問題で使うもの
- 中和で生じる塩の質量（説明と入口の問題）
- ちょうど中和する体積（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（5 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
B が少ないうちは残る固体は塩化ナトリウムだけ、ちょうど中和したあとは塩化ナトリウムに余った水酸化ナトリウムが加わる。表のどこで増え方が変わるかに注目しよう。
ヒント 2
B 、 のデータから B あたりにできる塩化ナトリウムの質量を、 以降の増え方から B にふくまれる水酸化ナトリウムの質量を求めよう。
ヒント 3
B あたり塩化ナトリウムは でき、水酸化ナトリウムは ふくまれる。ちょうど中和する B の体積を として、 を解こう。
答えと解説
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解説を読む
塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の中和では
の反応が起こり、塩として塩化ナトリウムができる。
ちょうど中和するまで
B が少ないうちは、加えた水酸化ナトリウムはすべて反応して塩化ナトリウムになり、余った塩化水素は加熱で出ていく。このとき残る固体は塩化ナトリウムだけで、その質量は加えた B の体積に比例する。表より、B で 、 で と比例しているので、B あたり
の塩化ナトリウムができる。
ちょうど中和したあと
B では になるはずだが、実際は なので、 のときにはすでに中和が終わっている。中和が終わったあとは、塩化ナトリウムはそれ以上増えず、加えた B の水酸化ナトリウムがそのまま固体として残る。表より B を から にふやすと、固体は
増えている。よって B にふくまれる水酸化ナトリウムは である（ から でも 増えていて一致する）。
ちょうど中和する B の体積
ちょうど中和する B の体積を とする。B のとき、塩化ナトリウムが 、余った水酸化ナトリウムが 残っているので
よって、A は B とちょうど中和する。
B のとき
B のうち反応するのは 分だけなので、できる塩化ナトリウムは
である。（確かめ: 余った水酸化ナトリウムは で、合計 となり、表と一致する。）
別解
B が少ないうちは B がすべて反応して塩化ナトリウムができる。B で 、 で なので、B あたり塩化ナトリウム 。
B が多くなると、A はすべて反応し終わり、余った水酸化ナトリウムが固体として残る。固体の質量の増え方は、 で 、 で と一定で、B あたり （余った水酸化ナトリウムの質量）。
ちょうど中和する B の体積を とする。B のときの固体の質量は、塩化ナトリウム と余った水酸化ナトリウム の和なので、
よって A と B がちょうど中和する。このとき塩化ナトリウムは で、B のときも塩化ナトリウムは （余った水酸化ナトリウムは ）。
検算: で表と一致。B では 、 では で、これらも表と一致する。