らくらく化学実験_酸と塩基 中和反応 イオン

中和した増

 酸500mlとアルカリ500ml、中和させたら体積は当然1gになるかと思いきや、何と全体量が少し増えてしまいます。
「手 順」
  1. 500mlのメスフラスコ2本に水を正確(評線を合わせる)に500mlずつとり、1gのメスフラスコ(内部をあらかじめ水で濡らしておく)に注ぎ込む。
  2. 1gのメスフラスコの評線に注目し、混合した水の水面の高さをビニールテープで記録しておく。
  3. 同モル濃度(1−2mol/l)で同体積(500mlの塩酸と水酸化ナトリウム水溶液を準備する。
  4. それぞれを500mlのメスフラスコに入れ、評線に合わせ正確に500mlとする。
  5. 1gのメスフラスコを用意し、これに塩酸と水酸化ナトリウムをゆっくり加えて、体積がどうなるかを観察する。

左:塩酸500ml 右:水酸化ナトリウム500ml(ともにBTBで着色)

混合すると明らかに体積が増加していることがわかる。

「実践上の工夫点」
  1. 始めの操作で1gメスフラスコ内部を濡らしておくのは、引き続き行う実験で同じフラスコを使用するので、内部に付着残存する水の影響を考慮するためである。
  2. 中和熱による熱膨張の影響を排除するためには、十分時間をかけて室温に戻るのを待つか、水槽て一定温下で行うかする。
「解 説」
 一般的に、電解質におけるイオンは溶媒である水分子を引きつけ安定し、純粋な水どうしの場合よりも、周囲の水の構造が少し緻密になって詰まっていると考えられます。この実験は、反応の前後で水和するイオンの数に大きな変化がある場合の体積変化を観察しようというものです。
 塩酸と水酸化ナトリウムの反応では、反応前のイオン数は、HCl→H+ClとNaOH→Na+OH
。中和により、これらのうちとOHはほとんどが失せてしまい、とOHにより引きつけられていた水分子が開放されることになります。デモ実験では、1モル濃度どうしの反応で約10ml程度の体積増が観察されました。熱や内壁の水分の影響は考えねばなりませんが、それらを無視できるほどの大きな変化となります。
 電荷の大きいイオンや硫酸イオン、リン酸イオンのような多原子イオン、あるいは平衡移動によるイオン量の変化などの影響も調べてみるとよいでしょう。
「演 習」
  1. それぞれの500mlのメスフラスコ中に存在するイオン種の名称と化学式をすべて書き出しなさい。
  2. 水溶液中で、イオンが水に囲まれて安定している様子をイメージとして描き表しなさい。陽イオンと陰イオン、それぞれの場合について描きなさい。
  3. それぞれのメスフラスコ中の水溶液を混合した際に起こる反応を化学反応式で表しなさい。
  4. この反応のことを一般的に何というか、また反応により生成する化合物を何というか答えなさい。
  5. 混合の前後でイオン種の濃度はどのように変化するか、1であげたすべてのイオンについて、濃度の変化を表にまとめなさい。
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編集:山田暢司