ある濃さのうすい塩酸 に、ある濃さの水酸化ナトリウム水溶液 を加えると、ちょうど中和しました。この水溶液を加熱して水をすべて蒸発させると、塩化ナトリウムの白い固体が 残りました。
次に、同じ濃さのうすい塩酸 に、同じ濃さの水酸化ナトリウム水溶液 を加えてよく混ぜ、この水溶液を加熱して水をすべて蒸発させました。このとき残る固体の質量は何 g ですか。ただし、塩酸にとけている塩化水素は加熱するとすべて空気中に出ていき、固体として残らないものとします。
中和で生じる塩の質量
ちょうど中和したときに生じる塩（塩化ナトリウム・硫酸バリウムの沈殿など）の質量を基準に、反応した量に比例することと余る水溶液を考えて、生じる塩や残る固体の質量を求められる（濃さを変えた水溶液を使う場合をふくむ）
前提
- ちょうど中和する体積 （中学理科 化学変化とイオン）
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- ちょうど中和する体積 （中学理科 化学変化とイオン）
説明
酸とアルカリを混ぜたときにできる塩の質量を、ちょうど中和したときの塩の質量を基準にして比例で求められるようになります。混ぜた量のうち実際に中和した分だけ塩ができることに注目し、余った水溶液があるときは、水を蒸発させたあとに何が残るかも考えます。塩酸と水酸化ナトリウム水溶液で生じる塩化ナトリウムや、うすい硫酸と水酸化バリウム水溶液で生じる硫酸バリウムの沈殿の質量を求める問題で使います。
なぜそうしてよいのか
中和では、酸の とアルカリの が 個ずつ結びついて水になり、残りの陽イオンと陰イオンが塩をつくります。たとえば塩酸と水酸化ナトリウム水溶液なら 、うすい硫酸と水酸化バリウム水溶液なら で、硫酸バリウムは水にとけにくいので白い沈殿になります。どちらの場合も、反応した酸（またはアルカリ）が 倍になれば、できる塩も 倍になるので、塩（沈殿）の質量は「実際に中和した量」に比例します。
大事なのは、多く入れすぎた側は相手がいないので反応せず、塩を増やさないことです。ですから、まずちょうど中和する体積の比を使ってどちらが余るかを判断し、少ないほう（全部反応するほう）の量で塩の質量を決めます。たとえば塩酸 と水酸化ナトリウム水溶液 がちょうど中和して塩が できるなら、水酸化ナトリウム水溶液を しか入れなければ、中和するのはその分だけで塩は です。硫酸バリウムの沈殿も同じで、うすい硫酸に水酸化バリウム水溶液を加えていくと、ちょうど中和するまでは加えた量に比例して沈殿が増えますが、そのあとは硫酸がもう残っていないので、いくら加えても沈殿は増えません。また、濃さを 倍にした水溶液は、同じ体積でも 倍の量の酸やアルカリをふくむので、同じ量の塩をつくるのに必要な体積は 倍になります。
水を蒸発させたあとに残る固体は、余った水溶液の種類で変わります。塩酸の溶質の塩化水素は気体なので、塩酸が余っても水といっしょに出ていき、固体は塩化ナトリウムだけです。水酸化ナトリウムは固体なので、水酸化ナトリウム水溶液が余ると、塩化ナトリウムに加えて余った水酸化ナトリウムも残ります。その質量は、問題で与えられる「水酸化ナトリウム水溶液 何 に水酸化ナトリウムが何 g とけているか」から、余った体積に比例させて求めます。たとえば上の水酸化ナトリウム水溶液 に水酸化ナトリウムが とけているとします。塩酸 に水酸化ナトリウム水溶液を 加えると、 が中和して塩化ナトリウムが でき、 が余ります。余った水酸化ナトリウムは なので、残る固体は です。
手順
基準となる「ちょうど中和したときの体積の組」と「そのときできる塩（沈殿）の質量」を確認する（例: 塩酸 と水酸化ナトリウム水溶液 で ）。
濃さを変えた水溶液があれば、濃さが 倍なら、基準の体積を 倍にして比を直す。
実際に混ぜた体積とちょうど中和する体積の比を比べ、どちらが余るかを決める。
全部反応したほう（余らないほう）の体積が基準の何倍かを求め、塩の質量を比例で求める（塩の質量 基準の塩の質量 ）。
残る固体を問われたら、余った水溶液の溶質が固体として残るかどうかを考える。塩酸の塩化水素は残らない。水酸化ナトリウム水溶液が余ったときは、余った水酸化ナトリウムの質量 （与えられた体積あたりの水酸化ナトリウムの質量） を求めて塩の質量に足す。
例題
ある塩酸 に、ある水酸化ナトリウム水溶液を 加えるとちょうど中和し、その水溶液の水を蒸発させると塩化ナトリウムが 残った。同じ塩酸 に同じ水酸化ナトリウム水溶液を 加えた水溶液の水を蒸発させると、残る固体は何 ですか。ただし、塩酸にとけている塩化水素は気体で、水を蒸発させると空気中に出ていくものとする。
例題の解答
手順 1: 基準は、塩酸 と水酸化ナトリウム水溶液 でちょうど中和し、塩化ナトリウムが できることです。
手順 2: 同じ水溶液を使うので、濃さの変更はありません。
手順 3: 塩酸 をちょうど中和するには水酸化ナトリウム水溶液が 必要ですが、 しか加えていないので、塩酸が余り、水酸化ナトリウム水溶液は全部反応します。
手順 4: 反応した水酸化ナトリウム水溶液は基準の 倍なので、できる塩化ナトリウムは
手順 5: 余ったのは塩酸で、塩化水素は水を蒸発させると出ていくので、残る固体は塩化ナトリウムだけです。
よって です。
答え:
よくある誤り
混ぜた体積の合計に比例させてしまう誤り。塩ができるのは実際に中和した分だけ。例題で とするのは誤りで、正しくは反応した水酸化ナトリウム水溶液だけで考えて 。
余ったほうの体積で塩（沈殿）の質量を計算してしまう誤り。うすい硫酸 と水酸化バリウム水溶液 がちょうど中和して硫酸バリウムの沈殿が できるとき、硫酸 に水酸化バリウム水溶液を 加えた沈殿を とするのは誤り。正しくは、硫酸 が全部反応した時点で沈殿は増えなくなるので 。
水酸化ナトリウム水溶液が余ったときに、残る固体を塩化ナトリウムだけにしてしまう誤り。水酸化ナトリウムは固体として残るので、水酸化ナトリウム水溶液 に とけているとき、塩酸 に 加えたなら、残る固体は 。
濃さを 倍にした水溶液で、ちょうど中和する体積も 倍にしてしまう誤り。濃さが 倍なら必要な体積は 倍で、例題の基準なら 倍の濃さの水酸化ナトリウム水溶液は で塩酸 とちょうど中和し、塩化ナトリウムは できる。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
うすい塩酸 A に、うすい水酸化ナトリウム水溶液 B を 加えると、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、白い固体（塩化ナトリウム）が 残った。
次に、A に B を加えてよくかき混ぜた。この水溶液を加熱して水をすべて蒸発させたとき、残る固体の質量は何 g ですか。
ただし、A, B はそれぞれ同じ濃度のものを使い、塩酸にとけている塩化水素は、加熱すると水とともにすべて空気中に出ていくものとする。
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 1、2 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 B だけを とり、加熱して水をすべて蒸発させると、水酸化ナトリウムの固体が 残った。
A に B を 加えてよく混ぜたあと、この水溶液を加熱して水をすべて蒸発させた。このとき蒸発皿に残る固体の質量は合計何 g ですか。
ただし、反応は完全に進むものとし、蒸発させるときに残った水酸化ナトリウムは空気中の物質と反応しないものとする。
うすい塩酸 A に、うすい水酸化ナトリウム水溶液 B を 加えると、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。
次に、A に同じ体積の水を加えて、濃さを にうすめた塩酸 C をつくった。C に B を加えてよくかき混ぜ、加熱して水をすべて蒸発させた。このとき残る固体の質量は何 g ですか。
ただし、塩酸にとけている塩化水素は、加熱すると水とともにすべて空気中に出ていくものとする。
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。
うすい硫酸 A と、うすい水酸化バリウム水溶液 B がある。5 つのビーカーにそれぞれ A を ずつ入れ、B をそれぞれ 、、、、 加えた。このとき生じた白い沈殿（硫酸バリウム）をろ過して乾燥させ、質量をはかると、次のようになった。
加えた B の体積〔cm³〕 10 20 30 40 50 沈殿の質量〔g〕 0.35 0.70 1.05 1.26 1.26 次に、B と同じ物質を、同じ体積あたり B の 2 倍の質量だけ水にとかした水酸化バリウム水溶液 C をつくった。新しいビーカーに A を 入れ、C を 加えたとき、生じる沈殿の質量は何 g ですか。
ただし、生じた硫酸バリウムはすべて沈殿し、ろ過によって失われないものとする。
うすい塩酸 A と、うすい水酸化ナトリウム水溶液 B がある。5 つの蒸発皿にそれぞれ A を ずつ入れ、B をそれぞれ 、、、、 加えてよくかき混ぜた。その後、加熱して水をすべて蒸発させ、残った固体の質量をはかると、次のようになった。
加えた B の体積〔cm³〕 2 4 6 8 10 残った固体の質量〔g〕 0.117 0.234 0.351 0.431 0.511 次に、別の蒸発皿に A を 入れ、B をある体積だけ加えてよくかき混ぜ、同じように水をすべて蒸発させたところ、残った固体の質量は であった。このとき加えた B の体積は何 cm³ ですか。
ただし、A, B はそれぞれ同じ濃度のものを使う。塩酸にとけている塩化水素は加熱すると水とともにすべて空気中に出ていき、水酸化ナトリウムは加熱しても変化せず固体として残るものとする。
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。