aceticacid-concentration

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市販の食酢中の酢酸の濃度を調べるために次の実験を行った. \\[1zh] \hspace{.5zw}(操作1)\ \ ある質量のシュウ酸二水和物の結晶$\ce{H2C2O4}\cdot\ce{2H2O}$\,を水に溶かして, \\[.2zh] \hspace{.5zw}\phantom{(操作1)\ \ }\,0.050\,mol/L\,のシュウ酸標準溶液100\,mL\,を調製した. \\[.5zh] \hspace{.5zw}(操作2)\ \ 操作1の標準溶液10\,mL\,を濃度未知の水酸化ナトリウム水溶液で滴定した \\[.2zh] \hspace{.5zw}\phantom{(操作2)}\ \ ところ,\ 終点までに11.3\,mL\,を要した. \\[.5zh] \hspace{.5zw}(操作3)\ \ 食酢を水で10倍に薄めた水溶液10\,mL\,を操作2の水酸化ナトリウム水溶液 \\[.2zh] \hspace{.5zw}\phantom{(操作3)}\ \ で滴定したところ,\ 終点までに8.2\,mL\,を要した. \\[1zh]  (1)\ \ 操作1で必要なシュウ酸二水和物の結晶は何gか.  $\ce{H2C2O4}\cdot\ce{2H2O}=126$ \\[.5zh]  (2)\ \ 操作2の水酸化ナトリウム水溶液のモル濃度を求めよ. \\[.5zh]  (3)\ \ 食酢中の酸はすべて酢酸であるとして,\ その酢酸のモル濃度を求めよ. \\[.5zh]  (4)\ \ 食酢の密度を1.05\,g/cm$^3$とするとき,\ 食酢中の酢酸の質量パーセント濃度を \\ $\ce{CH3COOH}=60$ \\  (4)\ \ 1\,Lの食酢の質量は $1.05\,\text{g/cm}^3\times1000\,\text{cm}^3=1050$ g \\[.2zh] \phantom{ (1)}\ \ 1\,Lの食酢に含まれる酢酸の質量は  「食酢中の酢酸の濃度」は,\ 中和滴定の中でトップクラスの出題率を誇るパターンである. \\[.2zh] 計算が適度な難易度で,\ 実験理由・実験器具・指示薬などについて総合的に問えるからである. \\[1zh] 最初から酢酸を\ce{NaOH}水溶液で滴定すればよさそうだが,\ 何故操作1と操作2を行うのだろうか. \\[.2zh] \ce{NaOH}(固体)は\bm{潮解性(空気中の水分を吸収)}をもつ.\ \bm{空気中の二酸化炭素を吸収する}性質ももつ. \\[.2zh] よって,\ 質量を正確に量ることが難しく,\ 正確な濃度の\ce{NaOH}水溶液を作ることが困難である. \\[.2zh] 一方,\ シュウ酸二水和物は純度が高く安定した固体なので,\ 正確な濃度の水溶液が調製できる. \\[1zh]%.\ 潮解性・風解性がない.\ 溶質が揮発せず,\ 空気中の水分も吸収しない. \\[.2zh] そこで,\ まずシュウ酸を調製し,\ このシュウ酸で中和滴定して\ce{NaOH}水溶液のモル濃度を決定する. \\[.2zh] こうしてモル濃度が判明した\ce{NaOH}水溶液を用いて酢酸の滴定を行い,\ 酢酸のモル濃度を決定する. \\[.2zh] なお,\ 正確な濃度がわかっている酸や塩基の水溶液を\bm{標準溶液}という. \\[.2zh] シュウ酸を\bm{一次標準溶液},\ \ce{NaOH}水溶液を\bm{二次標準溶液}という. \\[1zh] %\ce{HCl}は揮発性がある.\ \ce{H2SO4}\,は吸湿性があるので空気中の水分を吸収して濃度が変化しやすい. \\ シュウ酸と酢酸は\bm{弱酸},\ \ce{NaOH}は\bm{強塩基}であるから,\ 滴定曲線は塩基性側に片寄る. \\[.2zh] よって,\ 二度の中和滴定における指示薬はいずれも\bm{フェノールフタレイン}が適切である. \\[1zh] (1)\ \ 水溶液の調製では,\ 水は後からちょうど100\,\text{mL}\,になるよう加えればよいのであった. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ よって,\ 必要な\bm{\dot{溶}\dot{質}の物質量}(\text{mol})を考えることになる. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ 0.05\,\text{mol/L}\,を100\,\text{mL}\,作るから,\ 必要な溶質(シュウ酸二水和物)は\ 0.05\times\bunsuu{100}{1000}\,\text{mol}である. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ 後は物質量(\text{mol})を質量に換算すればよい.\ 有効数字は0.050に合わせて2桁とする. \\[1zh] (2)\ \ 単純な中和滴定の計算であり,\ 公式\ acV=bc’V’\ が使える.\ シュウ酸は\bm{2価の酸}なので注意. \\[1zh] (3)\ \ 同じく単純な中和滴定の計算だが,\ 実験で使用した溶液は食酢を10倍に薄めたものである. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ 題意は元の食酢中の酢酸のモル濃度であるから,\ \bm{実験結果を10倍}にして答える. \\[1zh] (4)\ \ 質量パーセント濃度は,\ \bm{\bunsuu{溶質の質量\ \text{\textbf{g}}}{溶液の質量\ \text{\textbf{g}}}\times100}\ である.\ \bm{1\,\text{\textbf{L}}を基準}にして考える. \\[.5zh] \phantom{(1)}\ \ 1\,\text{L}=1000\,\text{cm}^3\,より,\ 1\,\text{L}\,の溶液(食酢)の質量は1050\,\text{g}\,である. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ また,\ (3)より1\,\text{L}\,の溶液(食酢)中の溶質(酢酸)の物質量は\ \bunsuu{8.2}{11.3}(\kinzi0.73)\,\text{mol}\,である. \\[.4zh] \phantom{(1)}\ \ 誤差を少なくするため,\ 0.73\,ではなく分数の形にしておく. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ これにモル質量60\,\text{g/mol}\,を掛けると溶質(酢酸)の質量が求まる.\ まだ計算は実行しない. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ 質量パーセント濃度を求める式を立てた後,\ 一気に計算する. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ このとき,\ 先に約分とすべての積の計算を行い,\ 割り算は最後の1回にすると誤差が少なくなる.