0.010 mol/Lの硫酸100 mLと0.010 mol/Lの塩酸(体積不明)の混酸を10 mLとり,
0.010 mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液で滴定したところ,12.5 mLを要した.
硫酸と混ぜた塩酸の体積は何mLか.
混酸の中和滴定
求める塩酸の体積をV [mL]とする.
0.010 mol/L硫酸100 mL中のH⁺の物質量は 2×0.010 mol/L×100/1000 L=0.0020 mol
0.010 mol/L塩酸V [mL]中のH⁺の物質量は
1×0.010 mol/L×V/1000 L=(1.0×10⁻⁵V) mol
混合溶液全体のH⁺のモル濃度は [H⁺]=(0.0020 + 1.0×10⁻⁵V mol)/((100 + V)/1000 L)
混酸10 mL中のH⁺の物質量とNaOH水12.5 mL中のOH⁻の物質量は等しいから
((0.0020 + 1.0×10⁻⁵V)/((100 + V)/1000)) mol/L×(10/1000) L = 1×0.010 mol/L×(12.5/1000) L
∴ V=300 mL
［
複数の酸や塩基を混合しても,中和の根幹は常に(酸のH⁺のmol)=(塩基のOH⁻のmol)である.
滴定した混酸の体積は既知(10 mL)であるから,混酸のモル濃度を求めればよい.
ここで最も注意すべきは,混酸の濃度が各酸の濃度の和ではないことである.
濃度が和で求まるのなら,濃度60%の酸Aと濃度50%の酸Bの混酸の濃度が110%になってしまう.
当然そんなことはあり得ない.混酸のH⁺のモル濃度は,H⁺の物質量と体積を別々に考えて求める.
混酸のH⁺の物質量は各酸の物質量の和,特に断りがない限り,混酸の体積は各酸の体積の和である.
物質量は,もちろん(価数)×(モル濃度 mol/L)×(体積 L)で求められる.
濃度未知の塩酸と酢酸を含む水溶液10 mLを0.15 mol/Lの水酸化バリウム水溶液で滴定したところ,次の滴定曲線が得られた.
(1) 塩酸に酢酸を加えると酢酸の電離度にどのような変化が起こるか,理由と共に示せ.
(2) 第1段階の中和と第2段階の中和の反応式をそれぞれ示せ.
(3) 第1中和点と第2中和点までに要した0.15 mol/L水酸化バリウム水溶液はそれぞれ5 mL,15 mLであった.もとの水溶液中の酢酸のモル濃度を求めよ.
(4) 最初の水溶液のpHを求めよ. log₁₀2=0.30, log₁₀3=0.48
(1) 塩酸(強酸)が出すH⁺によって酢酸(弱酸)の電離平衡
CH₃COOH ⇄ CH₃COO⁻ + H⁺ が左に偏るため,電離度は小さくなる.
(2) 第1段階の中和 2HCl + Ba(OH)₂ → BaCl₂ + 2H₂O
第2段階の中和 2CH₃COOH + Ba(OH)₂ → (CH₃COO)₂Ba + 2H₂O
(3) 最初の溶液中の酢酸の濃度をx [mol/L]とする.
1×x [mol/L]×10/1000 L = 2×0.15 mol/L×(15−5)/1000 L
∴ x=0.30 mol/L
(4) 最初の溶液中の塩酸の濃度をy [mol/L]とする.
1×y [mol/L]×10/1000 L = 2×0.15 mol/L×(5−0)/1000 L より y=0.15 mol/L
酢酸の電離は無視できるから,最初の水溶液のH⁺のモル濃度は [H⁺]=y=0.15 mol/L
∴ pH = −log₁₀[H⁺] = −log₁₀0.15 = −log₁₀(3/2×10⁻¹)
pH = −log₁₀3 + log₁₀2 − log₁₀10⁻¹ = −0.48 + 0.30 + 1 = 0.82
(1) 酸・塩基の強弱の違いは電離度の違いであり,強酸・強塩基は100%電離する(電離度1).
一方,弱酸・弱塩基は,濃度が極端に薄くない限り,ごくわずかしか電離しない.
強酸から大量のH⁺が出ると,ルシャトリエの原理(平衡は外部からの変化を妨げる方向に移動)により,ただでさえ小さい電離度がさらに小さくなる.
(2) (1)より,強酸が存在する間は弱酸の電離は無視できる.
つまり,塩酸の中和が完了した後で酢酸の中和が始まるため,2回のpHジャンプが起こる.
強酸同士など,同程度の電離度の酸の混酸ならば,2つの中和が同時に進行する.
(3) 第1中和点から第2中和点までの間が酢酸の中和であるから,滴下量は15−5=10 mLである.
(4) 塩酸の中和に要した滴下量は第1中和点までの5−0=5 mLである.
logₐMN=logₐM+logₐN logₐ(M/N)=logₐM−logₐN logₐMʳ=rlogₐM
