質問: 高校化学の質問です。 (気体のアンモニアとの中和) 0.200mol/Lの塩酸50.0mLに気体のアンモニアを通して中和した。 問い、塩酸とアンモニアの反応の化学反応式を書け。 HCl+NH3→NH4Cl この問題の解説ではHClは一価の酸、NH3は一価の塩基なので、HClとNH3の物質量の比が1:1のとき過不足なく反応する。 とあり、なぜ価数がわかるだけで物質量の比までわかるのですか?解説が何を言ってるのか理解できません。 公式とかあるのでしょうか? この問題の解き方を詳細に教えて頂けたら嬉しいです。
回答: kira_kirarin1191さん そもそも中和反応の完了点は、酸・塩基の強弱に関係なく 酸の出し得る水素イオンと塩基の出し得る水酸化物イオンの物質量が等しくなるように加えた点です。 塩化水素の化学式はHClですから、 1molの塩化水素は1molのH+を生じます (だから1価の酸という)。 一方、アンモニアは NH3 +H2O →←NH4+ +OH-と電離しますから、 1molのNH3が出し得るOH-は1 molです (だから1価の塩基という)。 したがって、塩化水素 1molとちょうど中和するNH3は 1molとなるわけです。 とすると、HClとNH3の中和反応の係数比は1:1に なりますよね。 硫酸と水酸化ナトリウムの中和反応でしたら 前者が2価の酸、後者が1価の塩基なので、 1molの硫酸は2molのH+を生じます。 一方、 1molのNaOHから生じるOH-は1 molです。 したがって、硫酸 1molとちょうど中和するNaOHは 2 molとなるわけです (だから係数比はH2SO4:NaOH=1:2)。 H2SO4 +2NaOH → Na2SO4 +2H2O そもそも酸が出すH+と 塩基が出すOH-が反応して H2Oが出来ることで、酸の性質と塩基の性質が 打ち消される反応を中和反応というのでした。 つまり、中和反応の本質は H+ +OH- →H2O ・・・(*) です (これだけは絶対に押さえる!教科書や参考書などで中和反応の項を参照されるとより理解が深まると思います。)。 硫酸と水酸化カリウムの中和反応の場合、 H+は硫酸の電離由来,OH-は水酸化カリウムの電離由来ですから (*)×2の両辺にSO42-,2K+を加えて H2SO4 +2KOH → K2SO4 +2H2O なお、同様に考えて 例えば 酢酸と水酸化ナトリウムの中和反応の場合、 H+は酢酸の電離由来,OH-は水酸化ナトリウムの電離由来ですから (*)の両辺にCH3COO-,Na+を加えて CH3COOH +NaOH → CH3COONa +H2O HClと水酸化ナトリウムの場合、 (*)の両辺にCl-,Na+を加えて HCl +NaOH → NaCl +H2O 硫酸と水酸化ナトリウムの場合、 H2SO4 1分子からは 2個のH+が生じることに注意して (*)×2の両辺にSO42-,2Na+を加えて H2SO4 +2NaOH →Na2SO4 +2H2O アンモニアと塩酸の場合、 (*)と NH3 +H2O → NH4+ +OH- を足し合わせ 両辺にCl-を加えて NH3 +HCl → NH4Cl なお、中和反応の完了点は、酸・塩基の強弱に関係なく 酸の出し得る水素イオンと塩基の出し得る水酸化物イオンの物質量が等しくなるように加えた点であることは意外と盲点になりやすいので、しっかり押さえて下さい。 なぜ中和滴定において電離度は滴定値に関係しないかというと、 例えば CH3COOH NaOH 中和滴定において、 中和反応によって 水素イオンが消費されると、 ル・シャトリエの原理(化学IIで学習!)により CH3COOH→←CH3COO- +H+ は、酢酸が電離する方向(→)に反応が進みます。よって、結果的に水酸化ナトリウムと中和反応し得る全ての酢酸が電離するわけです。 だから「中和滴定において、電離度αは滴定値に関係する。」というのは誤りで、「中和滴定において、電離度αは滴定値に関係しない。」のです。