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酸と塩基(知識)の問題

難易度 4国公立二次の標準レベル高校化学 酸と塩基(知識)

次のア〜カの中和滴定のうち、指示薬としてフェノールフタレインとメチルオレンジのどちらを用いても中和点を正しく求めることができるものを、すべて選べ。ただし、温度は とし、用いる酸・塩基の水溶液の濃度はいずれも 程度とする。

  • ア 塩酸を水酸化ナトリウム水溶液で滴定する。
  • イ 酢酸水溶液を水酸化ナトリウム水溶液で滴定する。
  • ウ アンモニア水を塩酸で滴定する。
  • エ 水酸化バリウム水溶液を硝酸で滴定する。
  • オ 水酸化カリウム水溶液を硫酸で滴定する。
  • カ 酢酸水溶液をアンモニア水で滴定する。

この問題で使うもの

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  1. 原子・分子と化学式
  2. イオンと電離・電解質
  3. 酸・アルカリと中和・指示薬
  4. アレニウスとブレンステッド・ローリーの酸・塩基の定義
  5. 酸・塩基の価数・強弱と電離度
  6. 中和反応と塩の分類
  7. 水の電離と pH・身のまわりの物質の液性
  8. 塩の水溶液の液性
  9. 指示薬の変色域と滴定曲線

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

まず、メチルオレンジとフェノールフタレインの変色域がそれぞれ酸性側・塩基性側のどちらにあるかを確かめ、指示薬は中和点付近の pH の急な変化の範囲に変色域があるものを選ぶことを思い出そう。

ヒント 2

どちらの指示薬も使えるのは、中和点付近の pH の急な変化が酸性側から塩基性側まで広くわたる場合で、これは強酸と強塩基の組み合わせのときである。各滴定の酸・塩基が強いか弱いかを調べよう。

ヒント 3

酢酸・アンモニアが含まれる滴定は、どちらか一方の指示薬しか使えないか、どちらも使えない。残りの滴定について、使われている酸と塩基がすべて強酸・強塩基であるかを確かめよう。価数は指示薬の選び方には関係しない。

答えと解説

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ア, エ, オ

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解説を読む

指示薬の変色域と選び方

  • メチルオレンジの変色域は pH 〜 で、酸性側にある。
  • フェノールフタレインの変色域は pH 〜 で、塩基性側にある。

中和点の付近では、滴下量がわずかに変わるだけで pH が急激に大きく変化する(滴定曲線がほぼ垂直になる)。指示薬は、この pH の急な変化の範囲の中に変色域があるものを選ぶ。どちらの指示薬も使えるのは、pH の急な変化の範囲が酸性側の pH 付近から塩基性側の pH 付近までを含む場合である。

酸・塩基の強弱の組み合わせと滴定曲線

  • 強酸と強塩基: 中和点の pH はほぼ で、pH の急な変化はおよそ pH 〜 にわたる。メチルオレンジもフェノールフタレインも使える。
  • 弱酸と強塩基: 生じる塩の加水分解により中和点は塩基性側にあり、pH の急な変化は塩基性側だけで起こる。フェノールフタレインは使えるが、メチルオレンジは中和点よりかなり前に変色してしまうので使えない。
  • 強酸と弱塩基: 中和点は酸性側にあり、pH の急な変化は酸性側だけで起こる。メチルオレンジは使えるが、フェノールフタレインは使えない。
  • 弱酸と弱塩基: 中和点付近の pH の変化がゆるやかで急な変化がほとんどないため、どちらの指示薬でも中和点を正しく求めることはできない。

各選択肢

  • ア: 塩酸(強酸)と水酸化ナトリウム(強塩基)の組み合わせなので、どちらの指示薬も使える。あてはまる。
  • イ: 酢酸(弱酸)と水酸化ナトリウム(強塩基)の組み合わせなので、フェノールフタレインしか使えない。あてはまらない。
  • ウ: アンモニア(弱塩基)と塩酸(強酸)の組み合わせなので、メチルオレンジしか使えない。あてはまらない。
  • エ: 水酸化バリウム(強塩基)と硝酸(強酸)の組み合わせなので、どちらの指示薬も使える。あてはまる。
  • オ: 水酸化カリウム(強塩基)と硫酸(強酸)の組み合わせなので、どちらの指示薬も使える。硫酸が 2 価の酸であることや、水酸化バリウムが 2 価の塩基であること(エ)は、必要な滴下量には影響するが、指示薬の選び方には影響しない。あてはまる。
  • カ: 酢酸(弱酸)とアンモニア(弱塩基)の組み合わせなので、中和点付近で pH が急に変化せず、どちらの指示薬も使えない。あてはまらない。

よって、答えはア, エ, オである。

別解

強酸と強塩基の中和滴定では、中和点付近で pH が約 3〜11 にわたって急激に変化するため、変色域が酸性側のメチルオレンジ(pH 3.1〜4.4)も塩基性側のフェノールフタレイン(pH 8.0〜9.8)もどちらも使える。ア: 塩酸(強酸)と水酸化ナトリウム(強塩基)。どちらも使える。イ: 酢酸(弱酸)と強塩基。中和点は塩基性(塩 の加水分解)で、フェノールフタレインのみ使える。ウ: アンモニア(弱塩基)と強酸。中和点は酸性( の加水分解)で、メチルオレンジのみ使える。エ: 水酸化バリウム(強塩基)と硝酸(強酸)。どちらも使える。オ: 水酸化カリウム(強塩基)と硫酸(強酸)。どちらも使える。カ: 酢酸(弱酸)とアンモニア水(弱塩基)。pH の急変がなく、どちらの指示薬も適さない。したがって答えはア、エ、オ。

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