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中和反応と塩

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耳たこ化学基礎の「中和反応と塩」のページとなります。
[   ] や表の空欄をクリックすると答えが表示されます。
また、ページをリロード(再読み込み)すると再度空欄になるので、何度も繰り返して暗記していきましょう!

 

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中和反応と塩

中和反応

酸と塩基が互いの性質を打ち消しあい反応することを [ 反応 ] という。
中和反応で、酸から生じる水素イオンと塩基から生じる水酸化物イオンが結合して [ 化合物 ] ができる。また、このときともに生じる物質を [ 物質 ] という。
 「酸」 + 「塩基」 → 「塩」 + 「水」

塩の組成による分類

塩に H や OH が残っているかで分類する。このとき、液性は関係ない。
[ 分類名 ] 塩の組成式の中に H も OH も残っていない塩
例:NaCl、CH3COONa、NH4Cl
[ 分類名 ] 塩の組成式の中に H が残っている塩
例:NaHCO3、NaHSO4
[ 分類名 ] 塩の組成式の中に OH が残っている塩
例:CaCl(OH)

塩の水溶液と液性

塩を水に溶かしたときの液性は、中和する前の酸と塩基の強弱に関係する。
酸+塩基 加水分解
強酸+強塩基 加水分解しないで [ 液性 ] を示す
例:NaCl、Na2SO4
弱酸+強塩基 加水分解して [ 液性 ] を示す
例:Na2CO3、CH3COONa
強酸+弱塩基 加水分解して [ 液性 ] を示す
例:NH4Cl、MgSO4
例外:NaHSO4 は [ 液性 ] を示す。
 ( 電離できる H+ をもつ )

弱酸・弱塩基の遊離

弱酸の [ 用語 ]

弱酸からできた塩は、[ 用語 ] を加えると、 [ 用語 ] が遊離する。
「弱酸の塩」+「強酸」→「強酸の塩」+「弱酸」
  CH3COONa + HCl → NaCl + CH3COOH
弱塩基の [ 用語 ]

弱塩基からできた塩は、[ 用語 ] を加えると、[ 用語 ] が遊離する。
「弱塩基の塩」+「強塩基」→「強塩基の塩」+「弱塩基」
 NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3 + H2O

中和の量的関係

【問題】中和反応の計算

Point:中和反応の計算

酸と塩基が過不足なく中和反応をするためには、次の式が成り立つ。
「酸の H+ のモル数」=「塩基の OH のモル数」
このとき、酸・塩基の強弱には関係なくモル数のみで決まる。
解法の手順は、
① 与えられた情報を次の表にまとめる。

酸( H+ ) 塩基( OH )
価数 \(n_1\) \(n_2\)
モル濃度 \(c_1{\rm [~mol/L~]}\) \(c_2{\rm [~mol/L~]}\)
体積 \(V_1{\rm [~L~]}\) \(V_2{\rm [~L~]}\)

体積の単位を \({\rm [~L~]}\) にするのを注意!
② 「酸のH+のモル数」=「塩基のOH-のモル数」の式を作る。$$~~~n_1 \times c_1 \times V_1=n_2 \times c_2 \times V_2$$

問題01

\(0.20~[~{\rm mol/L}~]\) の塩酸 \(100~[~{\rm mL}~]\) を、\(0.10~[~{\rm mol/L}~]\) 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。

[ 解答と解説を見る ]

必要な水酸化ナトリウム水溶液を \(x~[~{\rm mL}~]\) として表を作ると、

HCl NaOH
価数 \(1\) \(1\)
モル濃度 \(0.20\) \(0.10\)
体積 \({\large \frac{100}{1000}}\) \({\large \frac{x}{1000}}\)

表より、式は$$\hspace{ 10 pt}1\times 0.20 \times \frac{100}{1000}=1\times 0.10 \times \frac{x}{1000}$$$$\hspace{ 10 pt}\frac{2}{10} \times \frac{100}{1000}=\frac{1}{10} \times \frac{x}{1000}$$両辺を \(10\times 1000\) 倍すると、$$\hspace{ 10 pt}2\times 100=1\times x$$\hspace{ 10 pt}200=x$$よって、答えは \(200~[~{\rm mL}~]\) となる。

 

問題02

\(0.20~[~{\rm mol/L}~]\) の硫酸 \(50~[~{\rm mL}~]\) を、濃度未知の水酸化カリウム水溶液 \(40~[~{\rm mL}~]\) を用いて中和するとき、水酸化カリウム水溶液の濃度 \([~{\rm mol/L}~]\) を求めよ。

[ 解答と解説を見る ]

水酸化カリウム水溶液の濃度を \(x~[~{\rm mol/L}~]\) として表を作ると、

H2SO4 KOH
価数 \(2\) \(1\)
モル濃度 \(0.20\) \(x\)
体積 \({\large \frac{50}{1000}}\) \({\large \frac{40}{1000}}\)

表より、式は$$\hspace{ 10 pt}2\times 0.20 \times \frac{50}{1000}=1\times x \times \frac{40}{1000}$$$$\hspace{ 10 pt}2\times \frac{2}{10} \times \frac{50}{1000}=x \times \frac{40}{1000}$$$$\hspace{ 10 pt}\frac{200}{10000}=x \times \frac{4}{100}$$$$\hspace{ 10 pt}\frac{2}{100}=x \times \frac{4}{100}$$両辺を \(100\) 倍して、両辺を入れ替えると、$$\hspace{ 10 pt}4x=2$$両辺を \(4\) で割ると、$$\hspace{ 10 pt}x=\frac{2}{4}=0.50$$よって、答えは \(0.50~[~{\rm mol/L}~]\) となります。

 

Point:固体の質量が与えられた場合

分子量 \({\rm M}~[~{\rm g/mol}~]\)の塩基の質量 \(m~[~{\rm g}~]\) が与えられた場合、$$~~~\frac{m}{{\rm M}}~[~{\rm mol}~]$$これより物質量を求めて次の表を作る。

酸( H+ ) 塩基( OH )
価数 \(n_1\) \(n_2\)
モル濃度 \(c_1{\rm [~mol/L~]}\) \({\large \frac{m}{M}}~[~{\rm mol}~]\)
体積 \(V_1{\rm [~L~]}\)

表より、式は$$~~~n_1 \times c_1 \times V_1=n_2 \times \frac{m}{{\rm M}}$$

問題03

水酸化ナトリウム ( 分子量 \(40\) ) \(4~[~{\rm g}~]\) に \(0.10~[~{\rm mol/L}~]\) の硫酸を加えて中和するとき、硫酸は何 \([~{\rm mL}~]\) か求めよ。

[ 解答と解説を見る ]

水酸化ナトリウムの物質量は、$$~~~\frac{4}{40}=\frac{1}{10}=0.1~[~{\rm mol}~]$$また、硫酸を \(x~[~{\rm mL}~]\) として表を作ると、

H2SO4 NaOH
価数 \(2\) \(1\)
モル濃度 \(0.10{\rm [~mol/L~]}\) \(0.1~[~{\rm mol}~]\)
体積 \({\large \frac{x}{1000}}\)

表より、式は$$\hspace{ 10 pt}2\times 0.10 \times \frac{x}{1000}=1\times 0.1$$$$\hspace{ 10 pt}2\times \frac{1}{10} \times \frac{x}{1000}=1\times \frac{1}{10}$$$$\hspace{ 10 pt}\frac{2x}{10000}=\frac{1}{10}$$両辺を \(10000\) 倍すると、$$\hspace{ 10 pt}\frac{2x}{10000}\times 10000=\frac{1}{10}\times 10000$$$$\hspace{ 10 pt}2x=1000$$両辺を \(2\) で割ると、$$\hspace{ 10 pt}x=500$$よって、答えは \(500~[~{\rm mL}~]\) となる。

 

Point:酸(塩基)が複数ある場合

例えば、酸が2種類に対して、塩基を1種類用いて中和反応すると、次のような表になる。

酸1 酸2 塩基
価数 \(n_1\) \(n_2\) \(n_3\)
モル
濃度
\(c_1{\rm [~mol/L~]}\) \(c_2{\rm [~mol/L~]}\) \(c_3{\rm [~mol/L~]}\)
体積 \(V_1{\rm [~L~]}\) \(V_2{\rm [~L~]}\) \(V_3{\rm [~L~]}\)

表より、「酸1のH+のモル数」+「酸2のH+のモル数」=「塩基のOH-のモル数」の式を作る。$$~~~n_1 \cdot c_1 \cdot V_1+n_2 \cdot c_2 \cdot V_2=n_3 \cdot c_3 \cdot V_3$$

問題04

\(0.03~[~{\rm mol/L}~]\) の酢酸 \(60~[~{\rm mL}~]\) と \(0.01~[~{\rm mol/L}~]\) の硫酸 \(30~[~{\rm mL}~]\) との混合溶液を、\(0.04~[~{\rm mol/L}~]\) の水酸化カルシウム水溶液で中和するとき、必要な水酸化カルシウム水溶液は何 \([~{\rm mL}~]\) か求めよ。

[ 解答と解説を見る ]

水酸化カルシウム水溶液を \(x~[~{\rm mL}~]\) として表を作ると、

CH3COOH H2SO4 Ca(OH)2
価数 \(1\) \(2\) \(2\)
モル濃度 \(0.03\) \(0.01\) \(0.04\)
体積 \({\large \frac{60}{1000}}\) \({\large \frac{30}{1000}}\) \({\large \frac{x}{1000}}\)

酸の混合溶液の水素イオンのモル数を求めると、$$~~~~~~1\times 0.03 \times \frac{60}{1000}+2\times 0.01 \times \frac{30}{1000}$$$$~=\frac{3}{100} \times \frac{60}{1000}+2\times \frac{1}{100} \times \frac{30}{1000}$$$$~=\frac{180}{100000}+\frac{60}{100000}$$$$~=\frac{240}{100000}$$塩基の水酸化物イオンのモル数は、$$~~~~~~2\times 0.04 \times \frac{x}{1000}$$$$~=2\times \frac{4}{100} \times \frac{x}{1000}$$$$~=\frac{8x}{100000}$$よって、これらが等しくなるので、$$\hspace{ 10 pt}\frac{8x}{100000}=\frac{240}{100000}$$両辺を \(100000\) 倍すると、$$\hspace{ 10 pt}8x=240$$両辺を \(8\) で割ると、$$\hspace{ 10 pt}x=30$$よって、答えは \(30~[~{\rm mL}~]\) となる。

 

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