化学変化とイオンの問題
うすい塩酸 A、うすい水酸化ナトリウム水溶液 B、うすい水酸化カリウム水溶液 C を用いて、次の実験を行った。
実験 1 A に BTB 溶液を数滴加え、B を少しずつ加えたところ、B を 加えたときに水溶液が緑色になり、ちょうど中和した。この水溶液を加熱して水をすべて蒸発させると、塩化ナトリウムが 残った。
実験 2 A に BTB 溶液を数滴加え、C を少しずつ加えたところ、C を 加えたときに水溶液が緑色になり、ちょうど中和した。この水溶液を加熱して水をすべて蒸発させると、塩化カリウムが 残った。
実験 3 A に BTB 溶液を数滴加え、B をある体積だけ加えたところ、水溶液は黄色のままであった。続けて C を少しずつ加えていくと、ある体積を加えたときに水溶液が緑色になり、ちょうど中和した。この水溶液を加熱して水をすべて蒸発させると、塩化ナトリウムと塩化カリウムの混合物が 残った。
実験 3 で加えた C の体積は何 ですか。
ただし、A、B、C の濃度は実験 1〜3 を通して変わらないものとする。また、水を蒸発させたとき、残るのは中和で生じた塩だけであり、BTB 溶液の質量は考えなくてよいものとする。
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
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ヒント 1
A の中の水素イオンは、B と C のどちらで中和されても 1 つの塩ができます。A を「B で中和された部分」と「C で中和された部分」に分けて考えましょう。
ヒント 2
実験 1・2 から、A が B で中和されたときの塩化ナトリウムの質量と、C で中和されたときの塩化カリウムの質量を求めます。B で中和された A を として、塩の質量の合計について方程式を立てましょう。
ヒント 3
A あたり塩化ナトリウムは 、塩化カリウムは できるので、 が成り立ちます。これを解いて C で中和された A の体積を求め、実験 2 の比を使って C の体積を出します。
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、塩酸と水酸化カリウム水溶液の中和は、それぞれ次の化学反応式で表される。
A の中の水素イオン は、B の水酸化物イオン とも、C の水酸化物イオン とも結びついて水になる。A の濃度は一定なので、中和される A の体積と、できる塩の質量は比例する。
A あたりにできる塩の質量
実験 1 より、A が B で中和されると塩化ナトリウムが できるので、A あたり
実験 2 より、A が C で中和されると塩化カリウムが できるので、A あたり
実験 3 で B により中和された A の体積
実験 3 では、A のうち、はじめに加えた B で中和された A の体積を とする。B を加えたあとも水溶液は黄色（酸性）で B はすべて反応しているので、残りの A が C で中和された。最後にちょうど中和したので、残った固体は塩化ナトリウムと塩化カリウムだけである。よって
したがって、C で中和された A の体積は である。
加えた C の体積
実験 2 より、A をちょうど中和する C は である。A を中和する C の体積を とすると
（確認：B で中和された A は なので、加えた B は である。このとき塩化ナトリウムは 、塩化カリウムは で、合計 となり、結果と一致する。）
よって、加えた C の体積は である。
別解
実験 1 より、A を中和すると塩化ナトリウムが 生じる。よって A のすべてを B で中和すると塩化ナトリウムは になる。
実験 2 より、A のすべてを C で中和すると塩化カリウムは になる。
実験 3 で、A のうち B で中和された割合を とおく。残り は C で中和される。残った塩の質量について
したがって C で中和された A は全体の 、つまり である。実験 2 より、A に C が対応するので、必要な C は である。
検算：B で中和された A は で、塩化ナトリウムは 。C で中和された A は で、塩化カリウムは 。合計は となり、問題文と一致する。