チオ硫酸ナトリウム五水和物$\ce{Na2S2O3}\cdot\ce{5H2O}$\,(式量158)\ 0.316\,gを水に溶かして,\ \\[.2zh]
\hspace{.5zw}\phantom{[1]\ \ }全量を正確に100\,mLとした. \\[1zh]
\hspace{.5zw}[2]\ \ オゾンを含む0℃,\ $1.013\times10^5$\,Paの空気$2.0\times10^2$\,L\,を過剰のヨウ化カリウム水 \\[.2zh]
\hspace{.5zw}\phantom{[1]}\ \ 溶液に通じたところ,\ オゾンが分解してヨウ素が生成した. \\[1zh]
\hspace{.5zw}[3]\ \ [2]の溶液に指示薬を加え,\ [1]で調製したチオ硫酸ナトリウム水溶液で滴定した \\[.2zh]
\hspace{.5zw}\phantom{[1]}\ \ ところ,\ 3.0\,mL\,加えたときに溶液の色が変化した. \\[1zh]
\hspace{.5zw}(1)\ \ [2]について,\ オゾンとヨウ化カリウムが反応するときの化学反応式を示せ. \\[.8zh]
\hspace{.5zw}(2)\ \ [3]について,\ ヨウ素とチオ硫酸ナトリウムが反応するときの化学反応式を示せ. \\[.8zh]
\hspace{.5zw}(3)\ \ [3]の指示薬は何か. また,\ 滴定の終点で水溶液は何色から何色に変化するか. \\[.8zh]
\hspace{.5zw}(4)\ \ 空気中のオゾンの体積パーセント濃度を求めよ. \\
ヨウ素還元滴定還元剤のヨウ化カリウム\ce{K}I\,(I$^-$)}}で,\ \textbf{\textcolor{red}{定量したい酸化剤をヨウ素I$\bm{\ce{_2}}$に変換する.そのI$\bm{\ce{_2}}$を還元剤のチオ硫酸ナトリウムで滴定し,\ 酸化剤を間接的に定量する.}} \\\\
O3}\,+\,\ce{2K}\textbf{I}\,+\,\ce{H2O}\,\ce{->}\,\textbf{I}\ce{_2}\,+\,\ce{2KOH}\,+\,\ce{O2
(2)\ \ $\bm{\textbf{I}\ce{_2}\,+\,\ce{2Na2S2O3}\,\ce{->}\,\ce{2Na}\textbf{I}\,+\,\ce{Na2S4O6
(3)\ \ \textbf{デンプン(水溶液)} \textbf{青紫色から無色} \\\\[1zh]
(4)\ \ [1]で調製した\ce{Na2S2O3}\,水溶液のモル濃度は
\phantom{ (1)}\ \ オゾン\ce{O3}\,の物質量を$x$\,molとすると,\ \maru{\text A}で生成するヨウ素I$\ce{_2}$の物質量も$x$\,molである. \\[.5zh]
\phantom{ (1)}\ \ \maru{\text{B}}より,\ ヨウ素I$\ce{_2}$とチオ硫酸ナトリウム\ce{Na2S2O3}\,は物質量比$1:2$で反応する. \\[.5zh]
オゾン\ce{O3}\,の物質量はオゾン\ce{O3}\,の体積は
空気中の\ce{O3}\,の体積パーセント濃度
計算自体は単なる比の計算だが,\ 原理を理解しておくことが重要である. \\[.2zh]
本実験では,\ \bm{2回の酸化還元反応の量的関係からオゾン\ce{O3}\,(酸化剤)を定量する.} \\[1zh]
\,2価の酸化剤 \ce{O3}\,+\,\ce{2H+}\,+\,\ce{2e-}\,\ce{->}\,\ce{O2}\,+\,\ce{H2O} \\[.4zh]
\,2価の還元剤 \ce{2}\text{I}^-\,\ce{->}\,\text{I}\ce{_2}\,+\,\ce{2e-}
O3}\,+\,\ce{2}\text{I}^-\,+\,\ce{2H+}\,\ce{->}\,\ce{O2}\,+\,\text{I}\ce{_2}\,+\,\ce{H2O} (\bm{オゾン\,\ce{->}\,ヨウ素})両辺に2個の\ce{K+}と2個の\ce{OH-}を加えると酸化還元反応式が得られる.
\,2価の酸化剤 \text{I}\ce{_2}\,+\,\ce{2e- -> 2}\text{I}^- \\[.4zh]
\,1価の還元剤 \ce{2S2O3^2-}\,\ce{->}\,\ce{S4O6^2-}\,+\,\ce{2e-} (2\,\text{mol}\,の\ce{S2O3^2-}\,が2\,\text{mol}\,の\ce{e-}\,を放出)
I}\ce{_2}\,+\,\ce{2S2O3^2-}\,\ce{->}\,\ce{2}\text{I}^-\,+\,\ce{S4O6^2-} (\bm{ヨウ素の定量}) \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 両辺に4個の\ce{Na+}を加えると酸化還元反応式が得られる. \\[1zh]
(3)\ \ 最初からデンプンがあるとヨウ素の反応速度が低下する. \\[.2zh]
\phantom{(1)}\ \ できる限り終点の直前(ヨウ素の褐色が消えそうなとき)に加える方がよい. \\[1zh]
\phantom{(1)}\ \ 酸化還元滴定では,\ 中和滴定における\text{pH}指示薬のような終点を判定できる指示薬が少ない. \\[.2zh]
\phantom{(1)}\ \ そこで,\ \bm{定量したい酸化剤を直接滴定せずに一旦ヨウ素\mathRM{I}\ce{_2}\,に変換し,\ そのヨウ素\mathRM{I}\ce{_2}\,を定量する.} \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ \bm{ヨウ素デンプン反応による色の変化は非常に鋭敏であり,\ 終点を明確に判定できる.} \\[.2zh]
\phantom{(1)}\ \ \bm{ヨウ素\mathRM{I}\ce{_2}\,がわずかでも残っているうちは青紫色,\,\mathRM{I}\ce{_2}\,がすべて\mathRM{I}^-に還元された瞬間に色が消える.} \\[1zh]
(4)\ \ 水和水は水に溶かすと溶媒扱いとなるが,\ モル濃度を求めるときに分けて考える必要はない. \\[.2zh]
\phantom{(1)}\ \ (\ce{Na2S2O3}\cdot\ce{5H2O}の物質量)=(\ce{Na2S2O3}\,の物質量)が成り立つからである. \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 反応するときの物質量比は,\ \maru{\text A}より\bm{\ce{O3}:\mathRM{I}\ce{_2}=1:1},\ \ \maru{\text B}より\bm{\mathRM{I}\ce{_2}:\ce{Na2S2O3}=1:2}である. \\[.4zh]
\phantom{(1)}\ \ 総合すると\ \bm{\ce{O3}:\ce{Na2S2O3}=1\,\textbf{mol}:2\,\textbf{mol}}\ であり,\ 結局はこの比を考慮するだけである.
