酢酸 と 水 酸化 ナトリウム の 中 和 反応 式。 炭酸水素ナトリウムはなぜアルカリ性を示すのか?

電離平衡

酢酸 と 水 酸化 ナトリウム の 中 和 反応 式

酢酸CH3COOHを水酸化ナトリウムNaOHにより中和滴定するのですね。 まず、水酸化ナトリウム水溶液がシュウ酸 COOH 2によって濃度が検定されているとします。 今、コニカルビーカー中には体積を正確に計った濃度未知な酢酸水溶液があります。 これに、適切な指示薬(フェノールフタレインでしょう)を2~3滴入れておきます。 ビウレットに濃度が分かっている水酸化ナトリウム水溶液をいれます。 ビウレットから、コニカルビーカーへ(振とうしながら)滴下して、赤い呈色が消えなくなった時点で終点です。 このとき要した水酸化ナトリウム溶液の体積を読みとります。 通常、3回の平均をとります。 ・回答者 No. 1 ~ No. 3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。 0E-1 1. 0E-2 1. 0E-3 1. ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。 ・よって、『2. 43E-19』とは? 2. 0000000000000000001だから、 0. 000000000000000000243という数値を意味します。 ・E-数値は 0. 1、0. 01、0. 001 という小さい数を表します。 ・数学では『2. wikipedia. wikipedia. ・回答者 No. 1 ~ No. 3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。 0E-1 1. 0E-2 1. 0E-3 1. ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた... A ベストアンサー 反応条件やその他の試薬類に関する記述がないので断定はできませんが、考えられることとしては溶解度の問題でしょう。 すなわち、有機化学反応は多くの場合有機溶媒中で行いますが、その実験には溶媒として水を用いているのではないでしょうか。 アニリンは水に溶けませんが、塩酸アニリンは水に溶けます。 すなわち、塩酸を加えるのは「アニリンを水に可溶化するため」でしょう。 しかし、そのままでは(すなわち塩酸アニリンの状態のままでは)無水酢酸とは反応しません。 そのために、無水酢酸とともに何らかの塩基(通常は弱酸の塩など)を加えているのではないですか。 たとえば、酢酸ナトリウムや炭酸水素ナトリウムなどを加えていませんか? これらを加えることによって、アニリンが遊離し、それが無水酢酸と反応することになるはずです。 A ベストアンサー 検量線を引くための標準液は、0を含めて、6点取っています。 これを5点検量 0は、普通対照に利用するので と称しています。 4点の場合もあります。 基本は、グラフを書いて、1点がヅレていたら、それは無視して検量線を引く。 2点ズレテイタラ、こりはヒドイので、やり直す、と言うのが教科書です。 正確にするために検量線を2連 2回 して、その平均を取る、というバカな教えをする教員もいますが それなら、2連より10連、100連の方が正確、と毒づいています。 実験のテクニックが難しくて、全体がばらつく場合もあります。 この場合は、5点ではなく、10点とか、測定する回数を増やしたりして、信頼性を高めるしかありません。 検量線は、もちろんパソコンで引きます。 また、サンプルの測定も、一回だけではなく、数回測定して、平均値を去る必要があります。 化学反応は、バラツキマセン。 しかし、生物のサンプルは、個体差があるので、最低3回は測定して、平均と標準偏差を示します。 例えば、血糖値を測定するときに、血液中のグルコースの測定は、ばらつかないので1回で十分。 しかし、A、B、Cサンそれぞれの値は異なるので、ヒトの血糖値となると、最低3人は測定しなければなりません。 同じサンプルを測定して、値がばらつくのは単に腕が悪いだけです。 データがばらつく原因を考え、検量線とサンプルの測定回数を決めてください。 それはヤリマセン。 昔は、測定した点の近くをなるべく通る直線 場合によっては曲線 を、慣れを頼りに引いていました。 今ではパソコンがあるので、回帰式を出します。 これが検量線になります。 最近は、機器に検量線を自動的に描き、濃度まで計算しているのが、普通です。 回帰式の相関係数が、0. 98以上あれば信頼していますが、0. 95だとやり直すかどうか迷います。 検量線を引くための標準液は、0を含めて、6点取っています。 これを5点検量 0は、普通対照に利用するので と称しています。 4点の場合もあります。 基本は、グラフを書いて、1点がヅレていたら、それは無視して検量線を引く。 2点ズレテイタラ、こりはヒドイので、やり直す、と言うのが教科書です。 正確にするために検量線を2連 2回 して、その平均を取る、というバカな教えをする教員もいますが それなら、2連より10連、10... A ベストアンサー どんな薬品・器具を使い、どんな手順で測定したかを書かないと、回答できない質問ですね。 なんとなく実験レポートの考察課題のような…… まず、試薬の濃度の誤差。 試薬に何を使うか質問に書いてありませんが、シュウ酸などは潮解をしないので比較的正確な濃度の液が作れますが、質量測定の誤差・メスフラスコに入れる水の量の誤差などがあり得ます。 測定の際の各液の体積の測定誤差。 器具も何を使うか書いてませんが、メスピペットなどではかり取る液の量の誤差や、ビュレットの目盛りの読み取り誤差。 あと、器具の洗浄関連で、きちんと共洗いをすべきところをしていなかったりすれば、誤差が大きくなります。 中和点を決定するところの判断。 指示薬の色の変化を見ますので、測定の個人差が出るでしょう。 一滴の体積がある程度あること。 一滴落とすときは中和前で、一滴落としてしまうと中和典雅すぎてしまう、というとき、一滴の体積の範囲の誤差が出ます。 空気中の二酸化炭素が溶けこむことによって、試薬のpHが変動する誤差。 実験にかかる時間によっては、水の蒸発によって試薬の濃度が変わることもあるかも知れない。 思いつくままにあげてみましたが、実験手順によって、どの誤差が大きくなるかは違ってくると思います。 どんな薬品・器具を使い、どんな手順で測定したかを書かないと、回答できない質問ですね。 なんとなく実験レポートの考察課題のような…… まず、試薬の濃度の誤差。 試薬に何を使うか質問に書いてありませんが、シュウ酸などは潮解をしないので比較的正確な濃度の液が作れますが、質量測定の誤差・メスフラスコに入れる水の量の誤差などがあり得ます。 測定の際の各液の体積の測定誤差。 器具も何を使うか書いてませんが、メスピペットなどではかり取る液の量の誤差や、ビュレットの目盛りの読み取り...

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中和滴定について

酢酸 と 水 酸化 ナトリウム の 中 和 反応 式

1 中和反応 化学には、ものを混ぜ合わせる作業がつきものです。 事実、そうして化学は始まりました。 私たちの遠い祖先は、デンプンと酵母菌を混ぜ合わせ、アルコールを作りました。 樹脂と木灰を混ぜ合わせ、セッケンを作りました。 硫黄と木炭を硝石を混ぜ合わせ、黒色火薬を作りました。 こうした有益な日用品に刺激されたのでしょう。 他にも便利なものを作り出せないものかと、人々はせっせと物質を混ぜ続けました。 しかし、大抵は満足のいくような結果は出ませんでした。 あるエジプト人は、ブタの眼球、アンチモン、サビ、ハチミツを混ぜたものを、目の見えない患者の耳に注ぎ入れ、視力を回復させようとしました。 もちろん、効果は全くありませんでした。 「医学の父」といわれる古代ギリシアのヒポクラテスも、アヘン、セイヨウワサビ、ハトの糞を混ぜたものを禿げ頭に塗り、毛髪を育成しようとしましたが、やはり効果はありませんでした。 1 古代ギリシアのヒポクラテスは、後の西洋医学に大きな影響を影響を与えたことから、「医学の父」と呼ばれている さて、人類は古くから、柑橘類の果汁などのように、酸っぱい味のする物質があることを知っていました。 この物質は、その味もさることながら、金属を腐食したり、ミルクを凝固するといった、特別の性質があるために関心が持たれ、「酸 acid 」と呼ばれてきました。 この言葉は、ラテン語の「 acere 酸っぱい 」という語に由来しています。 一方で、酸と反応して、その働きを弱める物質も昔から知られており、それは「塩基 base 」と呼ばれました。 「中和反応 neutralization 」とは、酸と塩基の化学反応のことです。 例えば、ブレンステッドの定義によれば、硫酸 H 2 SO 4 と硝酸 HNO 3 が酸塩基反応をします。 しかし、この反応を中和反応と呼ぶのは、少し違和感があります。 したがって、中和反応とは、水 H 2 O よりも酸性度が強い物質と水 H 2 O よりも塩基性度が強い物質の反応であると定義することにします。 また、硫酸 H 2 SO 4 と硝酸 HNO 3 をそれぞれ 1 mol だけ完全に中和するのに必要な水酸化ナトリウム NaOH は、それぞれ 1 mol および 2 mol になります。 このように 1 mol の硫酸 H 2 SO 4 を中和するのに 2 mol の水酸化ナトリウム NaOH が必要になる理由は、硫酸 H 2 SO 4 が 2 価の酸だからです。 しかし、それはもちろん事実とは異なります。 よって、 1 mol の酢酸 CH 3 COOH を完全中和するのに必要な水酸化ナトリウム NaOH は、酢酸 CH 3 COOH の量と同じ 1 mol になります。 2 塩の加水分解反応 酸由来の陰イオンと塩基由来の陽イオンからできた化合物を「塩 salt 」といいます。 塩は、その組成により何種類かに分類されます。 酸塩基が完全中和して酸の H も塩基の OH も残っていない塩を「正塩 normal salt 」、酸の H が残っている塩を「酸性塩 acid salt 」、塩基の OH が残っている塩を「塩基性塩 basic salt 」といいます。 なお、この分類は形式的なものであり、塩の水溶液の液性とは無関係であることに注意が必要です。 また、複数の塩からなる「複塩 double salt 」や、錯イオンを含む「 錯塩 complex salt 」などもあります。 1 主な塩の分類 塩の分類 例 正塩 Na 2 CO 3 、 K 2 SO 4 、 Na 3 PO 4 、 NaCl 、 CuSO 4 、 CH 3 COONa など 酸性塩 NaHCO 3 、 KHSO 4 、 Na 2 HPO 4 、 NaH 2 PO 4 など 塩基性塩 MgCl OH 、 CuCl OH 、 FeO OH など 複塩 AlK SO 4 2 ・ 12H 2 O 、 CaCl ClO ・ H 2 O など 錯塩 K 4 [Fe CN 6 ] 、 [CoCl NH 3 5 ]Cl 2 など アレニウスの定義における酸と塩基は、完全中和すると塩の水溶液となります。 しかし、もしそう考えると、中和は永遠に完了しないこととなります。 なぜならば、上記の反応は平衡反応であり、どんな条件においても、ある程度は中和反応が押し返されるからです。 つまり、「弱酸 +強塩基」や「強酸+ 弱塩基」による中和反応の場合、中和の当量点の液性は完全な中性ではなく、弱酸性あるいは弱塩基性となるのです。 これより、正塩の水溶液の液性は、それを形成するもとの酸塩基の強弱より、次の表. 2 のように推測することができます。 2 塩の水溶液の液性 加える酸 加える塩基 水溶液の液性 強酸 強塩基 中性 弱酸 強塩基 弱塩基性 強酸 弱塩基 弱酸性 弱酸 弱塩基 簡単には判断不能 i 「強酸 +強塩基」の正塩の場合 塩酸 HCl と水酸化ナトリウム NaOH の中和反応で生じる塩化ナトリウム NaCl は、水に溶けると次のように電離します。 ii 「弱酸 + 強塩基」の正塩の場合 酢酸 CH 3 COOH と水酸化ナトリウム NaOH の中和反応で生じる酢酸ナトリウム CH 3 COONa は、水に溶けると次のように電離します。 そのため、一部の酢酸イオン CH 3 COO - が水 H 2 O と反応 加水分解 して、水酸化物イオン OH - を生じ、水溶液の液性は弱塩基性となります。 なお、この反応の平衡定数は、 K h = 5. なお、この反応の平衡定数は、 K h = 5. このような場合は、 2 つの反応の電離の起こりやすさ、すなわち電離定数の大小から、酸性塩基性を判断します。 例えば、炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の水溶液の場合、次の 2 の反応が起こります。 7 これより、炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の水溶液の場合は K a < K b なので、水酸化物イオン OH - を電離する反応の方が起こりやすく、炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の水溶液は、塩基性であると判断することができます。 このようにして酸性塩の液性を調べると、次の表. 3 のようになります。 酸性塩の液性は単純に判断できないので、これはある程度覚えるしかありません。 硫酸水素ナトリウム NaHSO 4 と炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の液性ぐらいは、覚えておきましょう。 3 酸性塩の水溶液の液性 NaHSO 4 NaHCO 3 Na 2 HPO 4 NaH 2 PO 4 K a 10 - 2 10 - 10. 3 10 - 12. 4 10 - 7. 2 K b 10 - 24 10 - 7. 7 10 - 6. 8 10 - 11. 9 液性 酸性 塩基性 塩基性 酸性 3 水のイオン積と pH 普通の水は、二酸化炭素 CO 2 やわずかな電解質を含み、電流をいくらか流します。 それでは、純粋な水は電流を流さないのでしょうか?ドイツの物理学者であるフリードリッヒ・コールラウシュは、特別な蒸留装置で不純物を除去した純粋な水 H 2 O を作り、精密に電気伝導性を測定しました。 すると、純水でもわずかに電流が流れることが確かめられたのです。 このことから、水溶液中あるいは純粋中において、水分子の一部は電離して、次のような平衡状態になっており、あらゆる水溶液中において、次のような関係が成立していることが分かりました。 そこで、次の関係が成り立ちます。 つまり、 K w の値は温度に依存し、温度が高くなると、 K w の値は増大するのです。 そこで、このような便宜上の理由から、一般的に次のような負の対数をとって扱うことが多いです。 したがって、特に何の断りもないときは、 pOH ではなく pH を使うことが多いです。 よって、中性溶液では pH = 7 となります。 ここで、 a と b は物質に固有の値なので、定数として扱うことができます。 そこで、例えば、 C A が未知の場合、残る C B , V A , V B が分かれば、 C A を上式より求めることができます。 「中和滴定実験 neutralization titration 」とは、中和反応を利用して、 V A と V B を実験的に求め、未知の酸または塩基の水溶液の濃度を求めようという実験のことです。 しかし、中和滴定実験では、 V A と V B の値しか直接的に知ることができないため、どちらかの溶液の濃度は、既知でなければなりません。 そこで、濃度既知の水溶液は、一般的に試薬製造業者が製造供給している、極めて濃度の正確な「標準溶液 standard solution 」を使うことが多いです。 中和滴定では、まず濃度を定めたい未知の酸または塩基の水溶液を、ホールピペットでコニカルビーカーに取ります。 ホールピペットを用いるのは、標線部の管径が細くなっていて誤差が少なく、極めて精度が高いからです。 このときに、精度の低い駒込ピペットやメスシリンダーを使ってはいけません。 そして、濃度既知の塩基または酸の標準溶液を、ビュレットからゆっくりと滴下していき、中和点に達するまでに要した標準溶液の体積を求めるのです。 なお、水溶液の濃度を正確に調整するときは、メスフラスコを使用します。 メスフラスコは精度が高く、正確に溶液を希釈したいときなどに、よく用いられる実験器具です。 2 中和滴定に用いる主な実験器具 しかしながら、いつ反応が完了したのかは、反応溶液をただ見つめていても分かりません。 そこで、いつ反応が完了したのかを、どのようにして知るのかが問題となります。 例として、 0. 縦軸に混合溶液の pH 、横軸に NaOH 水溶液の滴下量〔 mL 〕を取り、それをグラフに表すと、次の図. 3 のようになります。 3 強酸 - 強塩基の滴定曲線 どちらも 0. それよりも注目すべきは、溶液の pH が、中和点で急激に変化しているということです。 これを「 pH ジャンプ pH jump 」といいます。 5 iii NaOHaq = 9. したがって、中和滴定において中和点を知るためには、 pH メーターを使って、滴定とともに溶液の pH を測定して滴定曲線を書き、その曲線上で急激に pH が変化する点を読み取れば良いということになります。 4 pH メーター 税込みで約 100,000 円 しかしながら、 pH メーターは高価な実験器具であり、また取り扱いも丁寧でなくてはならないので、高校の化学実験レベルで使われることはほとんどありません。 したがって、たいていの場合は、この急激な pH 変化とともに変色するような物質を少量加えておいて、変色したときをもって、中和完了点とすることが多いです。 このときに加えておく物質は、反応の完了点を指示してくれる試薬なので、一般的に「指示薬 indicator 」と呼ばれます。 指示薬の多くは、ベンゼン環を含む複雑な構造を持つ有機化合物であり、特定の pH で分子構造が変化することで、色が変化します。 各滴定において、何を指示薬として使うことができるかは、酸塩基の強弱と指示薬の変色域とで決まります。 次の図. 6 に、様々な強さの酸塩基の滴定曲線を示します。 6 様々な強さの酸塩基の滴定曲線 これより、完全中和点の pH および中和点付近での pH の変化幅を考慮すると、指示薬としての可否は、ほぼ次の表. 5 のようになります。 「強酸 + 強塩基」の滴定では、フェノールフタレインでもメチルオレンジでも、どちらの指示薬でも使うことができます。 しかし、それ以外の酸塩基滴定では、使えない指示薬が出てくるので、注意が必要になります。 また「弱酸 + 弱塩基」の滴定では、いずれの指示薬でも、完全中和点を特定することができないので、どちらの指示薬も使うことができません。 ビュレットやホールピペットは、滴定する溶液の体積を測定する器具なので、内部が純水で濡れていると、濃度が変わってしまい、誤った実験結果が出てしまいます。 ただし、測定する溶液で濡れていることには構わないので、自然乾燥させる時間がないときは、中に入れる溶液で数回共洗いすれば、使用することができます。 一方で、メスフラスコやビーカーは、この逆になります。 すなわち、滴定される溶液は、その「物質量 mol 」 が変わらなければ何の問題もないのだから、純水が入って溶液の濃度が変わっていても、問題がないということです。 つまり、メスフラスコやビーカーを自然乾燥させる時間がないときは、純水で洗えば、そのまま使用することができます。 5 複雑な中和滴定 酸と塩基が 1 種類ずつ反応する中和滴定ならば、反応は簡単に解析することができます。 しかし、滴定で起こる反応が複数ある場合は、その中和滴定の解析は少々複雑になります。 次の i 〜 iii に、よく問題にされる複雑な中和滴定を示します。 i NH 4 Cl + HCl + NaOH の場合 この場合、反応は次の 2 段階で進むことになります。 そこで、水溶液中の塩酸 HCl の物質量を x mol 、塩化アンモニウム NH 4 Cl の物質量を y mol とすると、次の関係が成り立ちます。 式 I で滴下した NaOH の mol = x mol メチルオレンジが 赤 から 黄 式 II で滴下した NaOH の mol = y mol フェノールフタレインが 無 から 赤 ii Na 2 CO 3 + NaHCO 3 + HCl の場合 この場合、反応は次の 2 段階で進むことになります。 炭酸ナトリウム Na 2 CO 3 は、式 III の反応で完全中和されずに、炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 となるので、式 IV では、反応する炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の物質量が、炭酸ナトリウム Na 2 CO 3 の物質量分だけ増加することになります。 そこで、炭酸ナトリウム Na 2 CO 3 の物質量を x mol 、炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の物質量を y mol とすると、次の関係が成り立ちます。 式 III で滴下した HCl の mol = x mol フェノールフタレインが 赤 から 無 式 IV で滴下した HCl の mol = y mol + x mol メチルオレンジが 黄 から 赤 iii NaOH + Na 2 CO 3 + HCl の場合 この場合、反応は次の 3 段階で進むことになります。 つまり、この反応では、式 V と式 VI の反応を個別に定量することは困難であり、式 V と式 VI の反応を完全に終えてから、式 VII の反応を定量することになります。 そこで、水酸化ナトリウム NaOH の物質量を x mol 、炭酸ナトリウム Na 2 CO 3 の物質量を y mol とすると、次の関係が成り立ちます。 式 V と式 VI で滴下した HCl の mol = x mol + y mol フェノールフタレインが 赤 から 無 式 VII で滴下した HCl の mol = y mol メチルオレンジが 黄 から 赤.

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急ぎです。 酢酸として水酸化ナトリウムを化合したら。 (同じ濃度同じ

酢酸 と 水 酸化 ナトリウム の 中 和 反応 式

1 中和反応 化学には、ものを混ぜ合わせる作業がつきものです。 事実、そうして化学は始まりました。 私たちの遠い祖先は、デンプンと酵母菌を混ぜ合わせ、アルコールを作りました。 樹脂と木灰を混ぜ合わせ、セッケンを作りました。 硫黄と木炭を硝石を混ぜ合わせ、黒色火薬を作りました。 こうした有益な日用品に刺激されたのでしょう。 他にも便利なものを作り出せないものかと、人々はせっせと物質を混ぜ続けました。 しかし、大抵は満足のいくような結果は出ませんでした。 あるエジプト人は、ブタの眼球、アンチモン、サビ、ハチミツを混ぜたものを、目の見えない患者の耳に注ぎ入れ、視力を回復させようとしました。 もちろん、効果は全くありませんでした。 「医学の父」といわれる古代ギリシアのヒポクラテスも、アヘン、セイヨウワサビ、ハトの糞を混ぜたものを禿げ頭に塗り、毛髪を育成しようとしましたが、やはり効果はありませんでした。 1 古代ギリシアのヒポクラテスは、後の西洋医学に大きな影響を影響を与えたことから、「医学の父」と呼ばれている さて、人類は古くから、柑橘類の果汁などのように、酸っぱい味のする物質があることを知っていました。 この物質は、その味もさることながら、金属を腐食したり、ミルクを凝固するといった、特別の性質があるために関心が持たれ、「酸 acid 」と呼ばれてきました。 この言葉は、ラテン語の「 acere 酸っぱい 」という語に由来しています。 一方で、酸と反応して、その働きを弱める物質も昔から知られており、それは「塩基 base 」と呼ばれました。 「中和反応 neutralization 」とは、酸と塩基の化学反応のことです。 例えば、ブレンステッドの定義によれば、硫酸 H 2 SO 4 と硝酸 HNO 3 が酸塩基反応をします。 しかし、この反応を中和反応と呼ぶのは、少し違和感があります。 したがって、中和反応とは、水 H 2 O よりも酸性度が強い物質と水 H 2 O よりも塩基性度が強い物質の反応であると定義することにします。 また、硫酸 H 2 SO 4 と硝酸 HNO 3 をそれぞれ 1 mol だけ完全に中和するのに必要な水酸化ナトリウム NaOH は、それぞれ 1 mol および 2 mol になります。 このように 1 mol の硫酸 H 2 SO 4 を中和するのに 2 mol の水酸化ナトリウム NaOH が必要になる理由は、硫酸 H 2 SO 4 が 2 価の酸だからです。 しかし、それはもちろん事実とは異なります。 よって、 1 mol の酢酸 CH 3 COOH を完全中和するのに必要な水酸化ナトリウム NaOH は、酢酸 CH 3 COOH の量と同じ 1 mol になります。 2 塩の加水分解反応 酸由来の陰イオンと塩基由来の陽イオンからできた化合物を「塩 salt 」といいます。 塩は、その組成により何種類かに分類されます。 酸塩基が完全中和して酸の H も塩基の OH も残っていない塩を「正塩 normal salt 」、酸の H が残っている塩を「酸性塩 acid salt 」、塩基の OH が残っている塩を「塩基性塩 basic salt 」といいます。 なお、この分類は形式的なものであり、塩の水溶液の液性とは無関係であることに注意が必要です。 また、複数の塩からなる「複塩 double salt 」や、錯イオンを含む「 錯塩 complex salt 」などもあります。 1 主な塩の分類 塩の分類 例 正塩 Na 2 CO 3 、 K 2 SO 4 、 Na 3 PO 4 、 NaCl 、 CuSO 4 、 CH 3 COONa など 酸性塩 NaHCO 3 、 KHSO 4 、 Na 2 HPO 4 、 NaH 2 PO 4 など 塩基性塩 MgCl OH 、 CuCl OH 、 FeO OH など 複塩 AlK SO 4 2 ・ 12H 2 O 、 CaCl ClO ・ H 2 O など 錯塩 K 4 [Fe CN 6 ] 、 [CoCl NH 3 5 ]Cl 2 など アレニウスの定義における酸と塩基は、完全中和すると塩の水溶液となります。 しかし、もしそう考えると、中和は永遠に完了しないこととなります。 なぜならば、上記の反応は平衡反応であり、どんな条件においても、ある程度は中和反応が押し返されるからです。 つまり、「弱酸 +強塩基」や「強酸+ 弱塩基」による中和反応の場合、中和の当量点の液性は完全な中性ではなく、弱酸性あるいは弱塩基性となるのです。 これより、正塩の水溶液の液性は、それを形成するもとの酸塩基の強弱より、次の表. 2 のように推測することができます。 2 塩の水溶液の液性 加える酸 加える塩基 水溶液の液性 強酸 強塩基 中性 弱酸 強塩基 弱塩基性 強酸 弱塩基 弱酸性 弱酸 弱塩基 簡単には判断不能 i 「強酸 +強塩基」の正塩の場合 塩酸 HCl と水酸化ナトリウム NaOH の中和反応で生じる塩化ナトリウム NaCl は、水に溶けると次のように電離します。 ii 「弱酸 + 強塩基」の正塩の場合 酢酸 CH 3 COOH と水酸化ナトリウム NaOH の中和反応で生じる酢酸ナトリウム CH 3 COONa は、水に溶けると次のように電離します。 そのため、一部の酢酸イオン CH 3 COO - が水 H 2 O と反応 加水分解 して、水酸化物イオン OH - を生じ、水溶液の液性は弱塩基性となります。 なお、この反応の平衡定数は、 K h = 5. なお、この反応の平衡定数は、 K h = 5. このような場合は、 2 つの反応の電離の起こりやすさ、すなわち電離定数の大小から、酸性塩基性を判断します。 例えば、炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の水溶液の場合、次の 2 の反応が起こります。 7 これより、炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の水溶液の場合は K a < K b なので、水酸化物イオン OH - を電離する反応の方が起こりやすく、炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の水溶液は、塩基性であると判断することができます。 このようにして酸性塩の液性を調べると、次の表. 3 のようになります。 酸性塩の液性は単純に判断できないので、これはある程度覚えるしかありません。 硫酸水素ナトリウム NaHSO 4 と炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の液性ぐらいは、覚えておきましょう。 3 酸性塩の水溶液の液性 NaHSO 4 NaHCO 3 Na 2 HPO 4 NaH 2 PO 4 K a 10 - 2 10 - 10. 3 10 - 12. 4 10 - 7. 2 K b 10 - 24 10 - 7. 7 10 - 6. 8 10 - 11. 9 液性 酸性 塩基性 塩基性 酸性 3 水のイオン積と pH 普通の水は、二酸化炭素 CO 2 やわずかな電解質を含み、電流をいくらか流します。 それでは、純粋な水は電流を流さないのでしょうか?ドイツの物理学者であるフリードリッヒ・コールラウシュは、特別な蒸留装置で不純物を除去した純粋な水 H 2 O を作り、精密に電気伝導性を測定しました。 すると、純水でもわずかに電流が流れることが確かめられたのです。 このことから、水溶液中あるいは純粋中において、水分子の一部は電離して、次のような平衡状態になっており、あらゆる水溶液中において、次のような関係が成立していることが分かりました。 そこで、次の関係が成り立ちます。 つまり、 K w の値は温度に依存し、温度が高くなると、 K w の値は増大するのです。 そこで、このような便宜上の理由から、一般的に次のような負の対数をとって扱うことが多いです。 したがって、特に何の断りもないときは、 pOH ではなく pH を使うことが多いです。 よって、中性溶液では pH = 7 となります。 ここで、 a と b は物質に固有の値なので、定数として扱うことができます。 そこで、例えば、 C A が未知の場合、残る C B , V A , V B が分かれば、 C A を上式より求めることができます。 「中和滴定実験 neutralization titration 」とは、中和反応を利用して、 V A と V B を実験的に求め、未知の酸または塩基の水溶液の濃度を求めようという実験のことです。 しかし、中和滴定実験では、 V A と V B の値しか直接的に知ることができないため、どちらかの溶液の濃度は、既知でなければなりません。 そこで、濃度既知の水溶液は、一般的に試薬製造業者が製造供給している、極めて濃度の正確な「標準溶液 standard solution 」を使うことが多いです。 中和滴定では、まず濃度を定めたい未知の酸または塩基の水溶液を、ホールピペットでコニカルビーカーに取ります。 ホールピペットを用いるのは、標線部の管径が細くなっていて誤差が少なく、極めて精度が高いからです。 このときに、精度の低い駒込ピペットやメスシリンダーを使ってはいけません。 そして、濃度既知の塩基または酸の標準溶液を、ビュレットからゆっくりと滴下していき、中和点に達するまでに要した標準溶液の体積を求めるのです。 なお、水溶液の濃度を正確に調整するときは、メスフラスコを使用します。 メスフラスコは精度が高く、正確に溶液を希釈したいときなどに、よく用いられる実験器具です。 2 中和滴定に用いる主な実験器具 しかしながら、いつ反応が完了したのかは、反応溶液をただ見つめていても分かりません。 そこで、いつ反応が完了したのかを、どのようにして知るのかが問題となります。 例として、 0. 縦軸に混合溶液の pH 、横軸に NaOH 水溶液の滴下量〔 mL 〕を取り、それをグラフに表すと、次の図. 3 のようになります。 3 強酸 - 強塩基の滴定曲線 どちらも 0. それよりも注目すべきは、溶液の pH が、中和点で急激に変化しているということです。 これを「 pH ジャンプ pH jump 」といいます。 5 iii NaOHaq = 9. したがって、中和滴定において中和点を知るためには、 pH メーターを使って、滴定とともに溶液の pH を測定して滴定曲線を書き、その曲線上で急激に pH が変化する点を読み取れば良いということになります。 4 pH メーター 税込みで約 100,000 円 しかしながら、 pH メーターは高価な実験器具であり、また取り扱いも丁寧でなくてはならないので、高校の化学実験レベルで使われることはほとんどありません。 したがって、たいていの場合は、この急激な pH 変化とともに変色するような物質を少量加えておいて、変色したときをもって、中和完了点とすることが多いです。 このときに加えておく物質は、反応の完了点を指示してくれる試薬なので、一般的に「指示薬 indicator 」と呼ばれます。 指示薬の多くは、ベンゼン環を含む複雑な構造を持つ有機化合物であり、特定の pH で分子構造が変化することで、色が変化します。 各滴定において、何を指示薬として使うことができるかは、酸塩基の強弱と指示薬の変色域とで決まります。 次の図. 6 に、様々な強さの酸塩基の滴定曲線を示します。 6 様々な強さの酸塩基の滴定曲線 これより、完全中和点の pH および中和点付近での pH の変化幅を考慮すると、指示薬としての可否は、ほぼ次の表. 5 のようになります。 「強酸 + 強塩基」の滴定では、フェノールフタレインでもメチルオレンジでも、どちらの指示薬でも使うことができます。 しかし、それ以外の酸塩基滴定では、使えない指示薬が出てくるので、注意が必要になります。 また「弱酸 + 弱塩基」の滴定では、いずれの指示薬でも、完全中和点を特定することができないので、どちらの指示薬も使うことができません。 ビュレットやホールピペットは、滴定する溶液の体積を測定する器具なので、内部が純水で濡れていると、濃度が変わってしまい、誤った実験結果が出てしまいます。 ただし、測定する溶液で濡れていることには構わないので、自然乾燥させる時間がないときは、中に入れる溶液で数回共洗いすれば、使用することができます。 一方で、メスフラスコやビーカーは、この逆になります。 すなわち、滴定される溶液は、その「物質量 mol 」 が変わらなければ何の問題もないのだから、純水が入って溶液の濃度が変わっていても、問題がないということです。 つまり、メスフラスコやビーカーを自然乾燥させる時間がないときは、純水で洗えば、そのまま使用することができます。 5 複雑な中和滴定 酸と塩基が 1 種類ずつ反応する中和滴定ならば、反応は簡単に解析することができます。 しかし、滴定で起こる反応が複数ある場合は、その中和滴定の解析は少々複雑になります。 次の i 〜 iii に、よく問題にされる複雑な中和滴定を示します。 i NH 4 Cl + HCl + NaOH の場合 この場合、反応は次の 2 段階で進むことになります。 そこで、水溶液中の塩酸 HCl の物質量を x mol 、塩化アンモニウム NH 4 Cl の物質量を y mol とすると、次の関係が成り立ちます。 式 I で滴下した NaOH の mol = x mol メチルオレンジが 赤 から 黄 式 II で滴下した NaOH の mol = y mol フェノールフタレインが 無 から 赤 ii Na 2 CO 3 + NaHCO 3 + HCl の場合 この場合、反応は次の 2 段階で進むことになります。 炭酸ナトリウム Na 2 CO 3 は、式 III の反応で完全中和されずに、炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 となるので、式 IV では、反応する炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の物質量が、炭酸ナトリウム Na 2 CO 3 の物質量分だけ増加することになります。 そこで、炭酸ナトリウム Na 2 CO 3 の物質量を x mol 、炭酸水素ナトリウム NaHCO 3 の物質量を y mol とすると、次の関係が成り立ちます。 式 III で滴下した HCl の mol = x mol フェノールフタレインが 赤 から 無 式 IV で滴下した HCl の mol = y mol + x mol メチルオレンジが 黄 から 赤 iii NaOH + Na 2 CO 3 + HCl の場合 この場合、反応は次の 3 段階で進むことになります。 つまり、この反応では、式 V と式 VI の反応を個別に定量することは困難であり、式 V と式 VI の反応を完全に終えてから、式 VII の反応を定量することになります。 そこで、水酸化ナトリウム NaOH の物質量を x mol 、炭酸ナトリウム Na 2 CO 3 の物質量を y mol とすると、次の関係が成り立ちます。 式 V と式 VI で滴下した HCl の mol = x mol + y mol フェノールフタレインが 赤 から 無 式 VII で滴下した HCl の mol = y mol メチルオレンジが 黄 から 赤.

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