| 名前：kana | 日時：2003年11月11日 19時57分42秒 |
こんにちは．高校１年生です．この間，化学の実験で中和滴定をしました．私は化学がすごく苦手でレポートも完成できていません．１週間教科書を見たり，インターネットで調べたりしているのですが全然分からないので教えてください． 実験の内容は，市販の食酢の酢酸の濃度を中和滴定によって求める．酢酸の濃度を水酸化ナトリウム水溶液によってもとめ，水酸化ナトリウム水溶液の濃度はシュウ酸で標準溶液を作りこれにより求めるというものです．水酸化ナトリウム水溶液の平均値は９．９５ｍしになり，酢酸の平均値は７．５６ｍしになりました．水酸化ナトリウムのmol濃度と１０倍に薄めた市販の食酢のmol濃度はどのようにして求めればよいのでしょうか？？ 薄めた食酢の濃度は何mol/しか？ また，食酢の密度を１．04ｇ/ｃｍ３として，食酢中の酢酸の 質量パーセント濃度[％]を求めよ． この問題も教えてください．よろしくお願いします． | |
| 名前：芦田 実 | 日時：2003年11月12日 20時30分 |
kana 様 必ずしも専門家ではありませんので，不正確な回答もあります．教育学部から公開しているホームページの質問箱とＱ＆Ａ集にも回答（一部）を載せたいと思います． 質問66 実験の内容は，市販の食酢の酢酸の濃度を中和滴定によって求める．酢酸の濃度を水酸化ナトリウム水溶液によってもとめ，水酸化ナトリウム水溶液の濃度はシュウ酸で標準溶液を作りこれにより求めるというものです．水酸化ナトリウム水溶液の平均値は９．９５ｍしになり，酢酸の平均値は７．５６ｍしになりました．水酸化ナトリウムのmol濃度と１０倍に薄めた市販の食酢のmol濃度はどのようにして求めればよいのでしょうか？？ 薄めた食酢の濃度は何mol/しか？また，食酢の密度を１．04ｇ/ｃｍ３として，食酢中の酢酸の質量パーセント濃度[％]を求めよ． 回答 物質量のモルは化学種（原子，分子，イオンなど）の個数を数えるときの単位です．化学種が非常に小さいため，その数が非常に大きくなるので，個数を数えるときに便利なように導入されました．例えば，何十万円ものお金を数えるときに全て１円玉で１枚２枚と数えたら大変ですが，１万円札で１枚２枚と数えたら簡単です．この例では，化学種１個が１円玉１枚に，１ mol（アボガドロ数個分）が１万円札１枚（１円玉１００００枚分）に相当すると思います． モル濃度［mol／し］は単位体積（１し）中に含まれる化学種の物質量［mol］です．例えば，モル濃度1．0 mol／しの溶液10 し中に含まれる化学種の物質量は1．0 mol／し×10 し ＝ 10 mol，モル濃度0．10 mol／しの溶液10 ｍし中に含まれる化学種の物質量は0．10 mol／し×0．010 し ＝ 0．0010 molとなります．これらにアボガドロ数（6．02×1023 個／mol）をかけると化学種の本当の数が求まります． 酸−塩基の中和反応では水素イオンＨ＋の数（または物質量）と水酸化物イオンＯＨ−の数（または物質量）が等しくなったときに，ちょうど中和します． シュウ酸（ＣＯＯＨ）２はカルボキシル基が２つ結合した形なので，１つの分子から水素イオンＨ＋が２つ生じます．水酸化ナトリウムＮａＯＨからは水酸化物イオンＯＨ−が１つ生じます．酢酸ＣＨ３ＣＯＯＨからは水素イオンＨ＋が１つ生じます． 滴定前のシュウ酸のモル濃度をＣＳ，ＮａＯＨのモル濃度をＣNaOH，１０倍に薄めた後の酢酸のモル濃度をＣとします．単位は全てmol／しです． シュウ酸とＮａＯＨの滴定で，ちょうど中和するために使用したシュウ酸の体積をＶＳ，ＮａＯＨの体積をＶNaOHとします． シュウ酸から生じる水素イオンＨ＋の物質量は ２×ＣＳ［mol／し］×ＶＳ［し］ ＝ ２ＣＳＶＳ［mol］ となります．これにアボガドロ数をかけると水素イオンＨ＋の数が求まります． ＮａＯＨから生じる水酸化物イオンＯＨ−の物質量は ＣNaOH［mol／し］×ＶNaOH［し］ ＝ ＣNaOHＶNaOH［mol］ となります．これにアボガドロ数をかけると水酸化物イオンＯＨ−の数が求まります． 中和に使用した水素イオンＨ＋の物質量（または数）と水酸化物イオンＯＨ−の物質量（または数）が等しくなりますから ２ＣＳＶＳ ＝ ＣNaOHＶNaOH ∴ ＣNaOH ＝ ２ＣＳＶＳ／ＶNaOH 酢酸とＮａＯＨの滴定で，ちょうど中和するために使用した酢酸の体積をＶ，ＮａＯＨの体積をＶ ’NaOHとします． 酢酸から生じる水素イオンＨ＋の物質量は Ｃ［mol／し］×Ｖ［し］ ＝ ＣＶ［mol］ となります． ＮａＯＨから生じる水酸化物イオンＯＨ−の物質量は ＣNaOH［mol／し］×Ｖ ’NaOH［し］ ＝ ＣNaOHＶ ’NaOH［mol］ となります． 中和したときには水素イオンＨ＋の物質量（または数）と水酸化物イオンＯＨ−の物質量（または数）が等しくなりますから ＣＶ ＝ ＣNaOHＶ ’NaOH ∴ Ｃ ＝ ＣNaOHＶ ’NaOH／Ｖ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 実験条件が不足していますので，以下は想像で回答します．この実験では，上のビュレットにＮａＯＨを入れるほうが，ビュレットを交換したり，ビュレットを水で洗って次に入れる水溶液で共洗いする必要がないので，実験が簡単になります． 下のビーカーにモル濃度ＣＳ ＝ 0．0500 mol／し（仮定）のシュウ酸をＶＳ ＝ 10．0 ｍし（仮定）入れ，上のビュレットにＮａＯＨを入れて滴定し，ＮａＯＨをＶNaOH ＝ 9．95 ｍし（仮定）滴下したところでちょうど中和したと仮定します．この場合のＮａＯＨのモル濃度は ＣNaOH ＝ ２ＣＳＶＳ／ＶNaOH ＝ ２×0．0500 mol／し×10．0 ｍし／9．95 ｍし ＝ 0．1005025 mol／し ≒ 0．101 mol／し 上の計算では，本来は体積の単位をｍしからしに変換してから計算すべきですが，分子と分母にｍしの単位があり，それらが約せ（打ち消しあい）ますので，手を抜いて上の様に計算しても同じ結果となります． 下のビーカーに酢酸をＶ ＝ 10．0 ｍし（仮定）入れ，上のビュレットにＮａＯＨを入れて滴定し，ＮａＯＨをＶ ’NaOH ＝ 7．56 ｍし（仮定）滴下したところでちょうど中和したと仮定します．市販の食酢を１０倍に薄めた後の酢酸のモル濃度は Ｃ ＝ ＣNaOHＶ ’NaOH／Ｖ ＝ 0．101 mol／し×7．56 ｍし／10．0 ｍし ＝ 0．076356 mol／し ≒ 0．0764 mol／し 市販の食酢中の酢酸のモル濃度は １０Ｃ ＝ 0．764 mol／し （１０倍に薄める前のモル濃度） 酢酸分子中の原子の数と原子量より酢酸のモル質量（分子量）は ２×12．01＋２×16．00＋４×1．008 ≒ 60．1 ｇ/mol したがって，食酢１し中の酢酸の質量は 0．764 mol／し×1．00 し×60．1 ｇ/mol ≒ 45．9 ｇ 食酢の密度が１．04 ｇ/ｃｍ３ ≒ １．04 ｇ/ｍしですから，食酢１しの質量は 1000 ｍし×１．04 ｇ/ｍし ＝ 1040 ｇ となります．したがって，食酢中の酢酸の質量パーセント濃度は 45．9 ｇ／1040 ｇ×100 ％ ≒ 4．41 ％ なお，文献によると25℃における４％の酢酸水溶液の密度は1．0027 ｇ/ｃｍ３です．問題文中の酢酸の密度は１．04 ｇ/ｃｍ３であっていますか．あっているとすれば，純粋な酢酸の水溶液と不純物を含む食酢では密度が違うものと思います． 埼玉大学教育学部理科教育講座 芦田 実 | |