中和反応について

中和反応
酸の水素イオンと塩基の水酸化物イオンが反応してが出来ること。
この時、塩基の陽イオンと酸の陰イオンが反応してできる水以外の副産物をという。
ちなみに塩を水に溶かしたときの性質(酸性かアルカリ性か)は塩自身の化学式ではなく、その塩がどういった酸と塩基によってできたかによって決まる。
①強酸×強塩基=塩化ナトリウムなら中性の塩、化学式が酸性っぽいなら酸性の塩
②強酸×弱塩基=弱酸性の塩(水に溶かすと酸性)
③弱酸×強塩基=強塩基の塩(水に溶かすとアルカリ性)
④弱酸×弱塩基=ほとんどが不溶性の塩。水溶性のものは中性


中和反応の計算
ある濃度(mol)で、ある容積(mL)の酸もしくは塩基と、過不足なく反応する塩基もしくは酸の濃度や容積はいくつでしょう?みたいな問題の計算方法。

例題:0.20mol/Lの硫酸(H2SO4)30mLと過不足なく中和する、0.10mol/Lの水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液は何mLでしょう?※容積の方が分からないパターン

①水酸化ナトリウムの容積をχmLとおく。

②水酸化ナトリウムの物質量を求める。
0.10mol/Lはリットル基準なので、ミリリットルに単位を合わせると0.0001χmol

③水酸化ナトリウム中の水酸化物イオンの物質量を求める。
水酸化ナトリウムは一価の塩基なので、水酸化物イオンも0.0001χmol

④硫酸の物質量を求める。
こちらは容積が決まっているので、0.20mol/L×0.03L=0.006molで確定。

⑤硫酸中の水素イオンの物質量を求める。
硫酸は二価の酸なので、0.006mol×2=0.012mol

⑥過不足なく反応すると言うことは、水素イオンの物質量と水酸化物イオンの物質量が等しいと言うことなので、0.0001χ=0.012molという方程式を解く。両辺を10000倍すればいいのでχ=120となる。

よって、0.20mol/Lの硫酸(H2SO4)30mLと過不足なく中和する場合、0.10mol/Lの水酸化ナトリウムは120mL必要。

pH(水素イオン指数)
1909年にセレン・セーレンセンが考案。ポテンシャル・オブ・ハイドロジェンの略。
0~14の全15段階あるが、水素イオンの濃度は非常に広い範囲で変化するため、常用対数でpHは算出している(水素イオン濃度の対数の逆数で出しているため、数値が低い方が水素イオンの濃度が高く、酸性の度合いが高いことになる)。
ちなみに、pH7が中性で(※一気圧25℃の時)、この時、水素イオン濃度も水酸化物イオン濃度も共に10-7(mol/L)でつり合っているということになる。
これを基準にすると、水素イオン濃度が10倍になると、水酸化物イオン濃度は逆に0.1倍になるため、以下のような式が作れる。

水素イオン濃度の指数+水酸化物イオン濃度の指数=-14

中和滴定
ある水溶液の濃度を調べるために、その水溶液と反対の性質があり、かつ、濃度が分かっている水溶液をビュレットなどで正確に滴下すること。
このとき、縦軸にpH、横軸に滴下量(mL)をとったグラフを中和滴定曲線と言い、この曲線の形から、滴下量がある点(中和点)に達すると急激にpHが変化することが分かる。
つまり滴下するときは、少しずつ慎重に行わないと中和したタイミングを見逃す危険性があるということである。
さらに中和を水溶液の色の変化で示す指示薬のチョイスも重要である。指示薬の色が変化するpHのエリア(変色域)は指示薬の種類によって異なるため、塩の水溶液が弱酸性である場合は、変色域がアルカリ性に近いフェノールフタレイン(対応pH8.0~9.8)ではなく、変色域が酸性に近いメチルオレンジ(対応pH3.1~4.4)を用いる必要がある。
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