中和反応と塩

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中和反応と塩
中和反応の量的関係

中和反応と塩

耳たこ音読｜中和反応

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中和反応

酸のイオンと塩基のイオンから物質が生成し、同時に物質が生成する反応を反応という。
塩には酸由来のHも、塩基由来のOHも残っていない分類名、炭酸水素ナトリウムNaHCO₃などの酸由来のHが残る分類名、塩基由来のOHが残る分類名がある。
塩の水溶液の液性は、強酸と強塩基の塩は液性だが、分類の硫酸水素ナトリウムNaHSO₄は液性を示す。弱酸と強塩基の塩は液性を示し、強酸と弱塩基の塩は液性を示す。

中和反応

■ 中和反応と塩

酸のイオンと塩基のイオンから物質が生成し、同時に酸のイオンと塩基のイオンから物質が生成する反応を反応という。
　「酸」＋「塩基」→「塩」＋「水」
　HCl + NaOH → NaCl + H₂O

塩の分類

分類名

酸由来のHも、塩基由来のOHも残らない塩。
例：NaCl、CH₃COONa、NH₄Cl

分類名

酸由来のHが残る塩。
例：NaHCO₃、NaHSO₄

分類名

塩基由来のOHが残る塩。
例：CaCl(OH)

塩の水溶液と液性

強酸＋強塩基

水溶液は液性を示す。
例：NaCl、Na₂SO₄
例外：分類のNaHSO₄は電離できるH⁺をもつため液性を示す。

弱酸＋強塩基

水溶液は液性を示す。
例：Na₂CO₃、CH₃COONa
分類 NaHCO₃ も液性を示す。

強酸＋弱塩基

水溶液は液性を示す。
例：NH₄Cl、MgSO₄

弱酸の塩と強酸の反応

■ 弱酸の塩と強酸

弱酸の塩に強酸を反応させると、用語と用語が得られる。

・酢酸ナトリウムに塩酸を加える
　CH₃COONa + HCl → NaCl + CH₃COOH

・炭酸水素ナトリウムに希硫酸を加える
　2NaHCO₃ + H₂SO₄
　　　　　 → Na₂SO₄ + 2CO₂ + 2H₂O

・炭酸カルシウムに希硫酸を加える
　CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + CO₂ + H₂O

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中和反応の量的関係

耳たこ音読｜中和反応の量的関係

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ナレーション音読さん

中和反応の量的関係

中和反応では、酸・塩基の強弱に関係なく、酸から生じるイオンの物質量と塩基から生じるイオンの物質量が等しくなる。これより、酸の用語×用語×用語と塩基の用語×用語×用語が等しい式を立てる。
また、片方が物質の固体で質量が与えられた場合は、その物質の用語を求めて、用語×用語×用語と用語×用語が等しい式を立てる。

中和反応の計算

Point：中和反応の計算

中和反応では、酸から生じるイオンの物質量と塩基から生じるイオンの物質量が等しくなる。このとき、酸・塩基の強弱は関係ない。

解法の手順は、
① 酸・塩基のそれぞれの価数・モル濃度・体積をまとめておく。
体積の単位は \({\rm L}\) であることの注意。

酸H⁺

塩基OH⁻

価数

\(a\)

\(b\)

モル濃度

\(c_1~{\rm mol/L}\)

\(c_2~{\rm mol/L}\)

体積

\(V_1~{\rm L}\)

\(V_2~{\rm L}\)

② 酸と塩基の用語×用語×用語が等しい式を立てる。

\(a{\, \small \times \,}c_1{\, \small \times \,}V_1 =b{\, \small \times \,}c_2{\, \small \times \,}V_2\)

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中和反応の計算

次の問いに答えよ。
\({\small (1)}~\)モル濃度 \(0.20~{\rm mol/L}\) の塩酸 \(100~{\rm mL}\) をモル濃度 \(0.10~{\rm mol/L}\) の水酸化ナトリウム水溶液で中和するとき、必要な水酸化ナトリウム水溶液は何 \({\rm mL}\) か求めよ。
\({\small (2)}~\)モル濃度 \(0.20~{\rm mol/L}\) の硫酸 \(50~{\rm mL}\) をモル濃度不明の水酸化カリウム水溶液 \(40~{\rm mL}\) で中和するとき、水酸化カリウムのモル濃度は何 \({\rm mol/L}\) か求めよ。

\({\small (1)}~\)モル濃度 \(0.20~{\rm mol/L}\) の塩酸 \(100~{\rm mL}\) をモル濃度 \(0.10~{\rm mol/L}\) の水酸化ナトリウム水溶液で中和するとき、必要な水酸化ナトリウム水溶液は何 \({\rm mL}\) か求めよ。

必要な水酸化ナトリウム水溶液を \(x~{\rm mL}\) とする

体積の単位を \({\rm L}\) に変換すると、

　\(100~{\rm mL}=\displaystyle \frac{\,100\,}{\,1000\,}~{\rm L}~,~x~{\rm mL}=\displaystyle \frac{\,x\,}{\,1000\,}~{\rm L}\)

また、酸の価数は塩酸HClより1、塩基の価数は水酸化ナトリウムNaOHより1となる

これより、酸と塩基の価数・モル濃度・体積をまとめると、

酸H⁺

塩基OH⁻

価数

\(1\)

モル濃度

\(0.20~{\rm mol/L}\)

\(0.10~{\rm mol/L}\)

体積

\(\displaystyle \frac{\,100\,}{\,1000\,}~{\rm L}\)

\(\displaystyle \frac{\,x\,}{\,1000\,}~{\rm L}\)

価数×モル濃度×体積の式を立てると、

\(\begin{eqnarray}~~~1{\, \small \times \,}0.20{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,100\,}{\,1000\,}&=&1{\, \small \times \,}0.10{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,x\,}{\,1000\,}
\\[5pt]~~~\displaystyle \frac{\,2\,}{\,10\,}{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,100\,}{\,1000\,}&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,10\,}{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,x\,}{\,1000\,}
\\[5pt]~~~2{\, \small \times \,}100&=&1{\, \small \times \,}x
\\[3pt]~~~x&=&200
\end{eqnarray}\)

したがって、\(200~{\rm mL}\) となる

\({\small (2)}~\)モル濃度 \(0.20~{\rm mol/L}\) の硫酸 \(50~{\rm mL}\) をモル濃度不明の水酸化カリウム水溶液 \(40~{\rm mL}\) で中和するとき、水酸化カリウムのモル濃度は何 \({\rm mol/L}\) か求めよ。

水酸化カリウムのモル濃度を \(x~{\rm mol/L}\) とすると

体積の単位を \({\rm L}\) に変換すると、

　\(50~{\rm mL}=\displaystyle \frac{\,50\,}{\,1000\,}~{\rm L}~,~40~{\rm mL}=\displaystyle \frac{\,40\,}{\,1000\,}~{\rm L}\)

また、酸の価数は硫酸H₂SO₄より2、塩基の価数は水酸化カリウムKOHより1となる

これより、酸と塩基の価数・モル濃度・体積をまとめると、

酸H⁺

塩基OH⁻

価数

\(2\)

\(1\)

モル濃度

\(0.20~{\rm mol/L}\)

\(x~{\rm mol/L}\)

体積

\(\displaystyle \frac{\,50\,}{\,1000\,}~{\rm L}\)

\(\displaystyle \frac{\,40\,}{\,1000\,}~{\rm L}\)

価数×モル濃度×体積の式を立てると、

\(\begin{eqnarray}~~~2{\, \small \times \,}0.20{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,50\,}{\,1000\,}&=&1{\, \small \times \,}x{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,40\,}{\,1000\,}
\\[5pt]~~~~2{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,2\,}{\,10\,}{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,50\,}{\,1000\,}&=&x{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,40\,}{\,1000\,}
\\[5pt]~~~~2{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,2\,}{\,10\,}{\, \small \times \,}50&=&x{\, \small \times \,}40
\\[5pt]~~~4{\, \small \times \,}5&=&x{\, \small \times \,}40
\\[5pt]~~~x&=&\displaystyle \frac{\,4{\, \small \times \,}5\,}{\,40\,}=0.50
\end{eqnarray}\)

したがって、\(0.50~{\rm mol/L}\) となる

固体の質量と中和反応

Point：固体の質量と中和反応

中和反応する片方の物質の固体の質量 \(m~{\rm g}\) （分子量 \(M~{\rm g/mol}\)）が条件の場合は、

① 固体の質量が与えられた方は、用語より用語を求めておく。

　物質量 \(n=\displaystyle \frac{\,m\,}{\,M\,}~{\rm mol}\)

② 水溶液の価数・モル濃度・体積と、固体の価数・物質量をまとめる。
用語×用語＝用語であることを用いる。

酸H⁺

塩基OH⁻

価数

\(a\)

\(b\)

モル濃度

体積

\(c_1~{\rm mol/L}\)

\(V_1~{\rm L}\)

物質量
\(n~{\rm mol}\)

③ 用語×用語×用語＝用語×用語の式を立てる。

\(a{\, \small \times \,}c_1{\, \small \times \,}V_1 =b{\, \small \times \,}n\)

固体の質量と中和反応

水酸化ナトリウム（分子量 \(40\)）\(4~{\rm g}\) にモル濃度 \(0.10~{\rm mol/L}\) 硫酸で中和するとき、必要な硫酸は何 \({\rm mL}\) か求めよ。

必要な硫酸を \(x~{\rm mL}\) として、単位を \({\rm L}\) に変換すると、

　\(x~{\rm mL}=\displaystyle \frac{\,x\,}{\,1000\,}~{\rm L}\)

水酸化ナトリウム（分子量 \(40\)）\(4~{\rm g}\) の物質量は、

　\(n=\displaystyle \frac{\,4\,}{\,40\,}=\displaystyle \frac{\,1\,}{\,10\,}~{\rm mol}\)

また、酸の価数は硫酸H₂SO₄より2、塩基の価数は水水酸化ナトリウムNaOHより1となる

これより、価数・モル濃度・体積・物質量をまとめると、

酸H⁺

塩基OH⁻

価数

\(2\)

\(1\)

モル濃度

体積

\(0.10~{\rm mol/L}\)

\(\displaystyle \frac{\,x\,}{\,1000\,}~{\rm L}\)

物質量
\(\displaystyle \frac{\,1\,}{\,10\,}~{\rm mol}\)

価数×モル濃度×体積＝価数×物質量の式を立てると、

\(\begin{eqnarray}~~~2{\, \small \times \,}0.10{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,x\,}{\,1000\,}&=&1{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,1\,}{\,10\,}
\\[5pt]~~~2{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,1\,}{\,10\,}{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,x\,}{\,1000\,}&=&\displaystyle \frac{\,1\,}{\,10\,}
\\[5pt]~~~\displaystyle \frac{\,2\,}{\,1000\,}{\, \small \times \,}x&=&1
\\[5pt]~~~x&=&500
\end{eqnarray}\)

したがって、\(500~{\rm mL}\) となる

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