逆滴定(二段滴定)の計算問題の解法!アンモニアと二酸化炭素にヤマはれ!

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和滴定って元となる基礎が

それほど難しくないのに、

 

入試問題になると

なんかすごく難しくないですか?

実は中和滴定は、色々パターンがあって、

この『逆滴定』がそう思わせているのです。

 

 

なので、この記事では、

徹底的に!超丁寧に!

『逆滴定』の解法をまとめていきます!

逆滴定って何ですか?

落ちこぼれ受験生のしょうご
逆滴定ってイマイチよくワカラヘン、、、

 

池下先生(高校教師)、通称イケ氏
中和はね〜水素イオン=水酸化物イオンのことだよ〜〜
落ちこぼれ受験生のしょうご
それで分からんから困ってんのにな〜

 

多くの受験生は、この逆滴定を

キッチリ順序立てて理解できていませんし、

 

学校の先生や参考書、また他のサイトでも

逆滴定をする理由を全く理解していない人が

教えていることが多くあるのです。

 

 

あなたが知っている普通の『中和滴定』と『逆滴定』の違いは、

今から調べる酸または塩基が、

液体』か『気体』かの違いなのです。

 

 

普通の中和滴定は、

中和滴定の様子

普通の中和滴定の様子

この図のように、

溶液同士を反応させるから、

 

 

普通に混ぜれば反応してくれます。

pHジャンプが起ったところが

 

中和点なので、反応式から考えて酸の量が分かります。

 

ですが逆滴定は、

『酸性、塩基性の”気体“を中和滴定するためのもの』です。

 

酸性または、塩基性の物質が、

『気体』であると言うことが問題点

なのです。

 

その問題点とは、

気体は反応する前に空気中に出てしまうから、

元の気体の量と中和反応する

気体の量が異なる
』ことなのです。

逆滴定で調べる2パターン

中和反応を用いた逆滴定には

2パターンあります。

 

 

これはNH3、CO2の定量が

頻出です。

NH3とCO2の逆滴定では物質量の関係を

線分図で表すと分かりやすい!のです。

 

アンモニアの逆滴定

問題点

WBであるNH3の滴定にWAを用いると

終点を得る適当なpH指示薬が存在しない、

だから、強酸(SA)(例えばHCl)を用いる。

 

NH3が気体のまま滴定はできませんよね。

だから、NH3を水に溶かそうと

普通はしますよね!

 

でも実はこれは誤りです。

なぜなら、

どれだけ水に溶けやすいNH3でも、

100%水に溶ける事は無いから!

逆滴定 
全て溶けないと中和滴定でNH3

の量を測ったとして、それは元の量じゃない、

ということは、正確にもとの量を

測る事が出来ないのです。

 

これでは意味が無いですよね。

だから、次のような手順を踏んで行きます。

NH3の逆滴定の手順と物質量の関係

水にNH3は100%溶解しないので、

過剰のSAの標準溶液に中和吸収させる

のです。

 

※標準溶液とは、濃度が正確に判明した溶液、主に出題されるのは、HClaq

逆滴定 中和吸収 アンモニア

過剰でないとアンモニアを全て

中和吸収できるか微妙になってしまいます。

だから、明らかに多い量のHClを用いるのです。

逆滴定 アンモニア 2段階滴定

過剰量のSAであるHClaqにNH3を反応させると、

中和反応が100%進み、

NH3は塩であるNH4Clに100%変化する。

 

 

NH3+HCl→NaCl+H2O

⇒NH3の物質量は、下の線分図より

下式の用に求められる。

逆滴定 二段滴定 線分図
NH3の物質量=HClの全物質量-NaOHの物質量

これはHClをH+に、NaOHをOHに置き換えると、

SA,SBの種類に関わらず、計算出来る。

NH3の物質量

=SA由来のH+の全物質量ーSB由来のOHにの物質量

と言う風に計算できる。

NH3の逆滴定の滴定曲線とpH指示薬

pH指示薬

NH3の逆滴定では、終点を知る

pH指示薬にメチルオレンジ(MO)か

メチルレッド(MR)を用います。

 

pH指示薬選択の理由

このHClaqがNH3を中和吸収した溶液は

過剰のHClと中和で生じた

NH4Clの

HCl+NH4Cl混合溶液となっている。

 

この溶液をNaOHaqで滴定した滴定曲線の

概形を考えて行きます。

 

HCl+NH4Cl混合溶液をNaOHaqで

滴定した場合、下記の①〜③の順に反応が起きます。

①溶液中の過剰のSAであるHClがNaOHと中和反応する。

HCl+NaOH→NaCl+H2O②溶液中のHClの中和反応が完了後、NH4ClがNaOHと弱塩基遊離反応する。

NH4Cl+NaOH→NH3+H2O+NaCl

弱塩基のアンモニアが

強塩基の水酸化ナトリウムに

追い出される反応③溶液中のNH3が発生する弱塩基遊離反応が完了後、加えたNaOHは溶液中に残存する

 

NH4+は、水溶液中でH2OにH+

与える反応を起こし、

ブレンステッド説では酸として働きうる。

アンモニウムイオン 酸

①の反応が②の反応より先に起こるのは、

酸の力がHCl>NH4+

“強い”ものが優先反応したからである。

と言う事で、HCl+NH4ClaqをNaOHで

滴定
すると、

 

①HClによるSA性



②弱塩基遊離反応で生じたNH3のWB性



③NaOHによるSB性

 

という順序で溶液の液性は変化する。

これらを滴定曲線に表すと、下のようになる。

滴定曲線 逆滴定 アンモニア

溶液中のSAが反応完了する

(=NH3の逆滴定の反応の終点)

におけるpHジャンプで変色する

変色域を持つpH指示薬は、

 

 

右を見ると分かるように

メチルオレンジ(MO)もしくは

メチルレッド(MR)である。

 

いずれのpH指示薬を用いても、

滴定の終点は赤色から黄色に変化する事でわかる。

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CO2の逆滴定

さあアンモニアの逆滴定を終えて、

「なんか割と楽勝だな〜」と

思った方も多いと思います。

 

そうなんです!実は楽勝!!

『逆滴定』とか言う厚かましい名前が

つくからちょっと難しい気がするけど、

 

ですが、こっからが本番!

アンモニアに比べて遥かに複雑な

流れがあるのが、

CO2の逆滴定なのです。

 

 

複雑なので、CO2の逆滴定を

徐々に受け入れられるように

簡単な順番で説明して行きます。

①HClaqによるNa2CO3aqの滴定

②HClaqによる(NaHCO3+NaOH)aqの滴定

③CO2の逆滴定

①HClaqによるNa2CO3aqの滴定

反応の概要

CO32-は下の様な構造で

-Oの部分が、SA由来の

H+イオンを受け取り、ブレンスッテッド説で

塩基として振る舞う。

炭酸イオン 構造式
Na2CO3aqにHClaqを加えると、

HCl由来のH+をCO32-が受け取る反応を起こす。

 

CO32-がまず1つ目のH+を受け取る能力が

2つ目のH+を受け取る能力より遥かに強い
ので、

CO32-とH+が物質量比1:1で

反応し、全てHCO3に変化した後、

 

 

HCO3とH+が物質量比1:1で

反応し、H2O+CO2に変化する反応が起こる。

炭酸イオン

つまり、2段階でNa2CO3はHClで滴定されることになる。

炭酸ナトリウム 2段滴定
炭酸ナトリウム 逆的低位

炭酸ナトリウム 逆滴定

このような炭酸ナトリウムの滴定を

二段階滴定』、『二段滴定

と言ったりする。

 

 

この二段滴定の反応式を記すと

以下のようになります。

 

<第1段階>Na2CO3+HCl→NaHCO3+NaCl・・・(1)

<第2段階>NaHCO3+HCl→H2O+CO2+NaCl・・・(2)

滴定曲線

Na2CO3aq+HClaqの滴定曲線は、

以下の(1)~(3)の点に注目すれば!

必ず書けます!

(1)2段階で滴定されるのでpHジャンプが2回出現!

(2)HClaqの滴下量0mLのとき、溶液はNa2CO3aqのみである。

Na2CO3はWA+SB由来の塩

あるから、溶液は塩基性であります。Na2CO3は他の塩と比較すると、

塩の加水分解が進むので、

水溶液はpH=11~12程度になります。

PH=11~12と言うのは、PPの変色域PH=8.0~9.8

より大きいので、PP指示薬を加えると、

溶液は赤色に呈色する。

(3)2回のpHジャンプのうち1回目の中点hあ先の(1)式の反応の完了を表す。

Na2CO3は全てNaHCO3になっている

塩のところで説明したように、

NaHCO3はNa2CO3よりは酸性に近く、

水溶液はpH=8程度になります。

PH=8と言うのは、PPの変色域(pH=8.0〜9.8)

より小さいので、PPを加えると溶液は無色に!

これらの(1)~(3)から下の滴定曲線に

なる事が分かります。

逆滴定 滴定曲線

 

そしてこれらを詳しく解説したのが、

こちらの記事です。

Na2CO3の逆滴定を徹底的に解説したものと

なっております。

 

なので、こちらを完全にご覧下さい!

 

炭酸ナトリウムの二段滴定の受験テク!滴定曲線の書き方!

 

それでは続きをお楽しみください!

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2 件のコメント

  • NH3の逆滴定で質問です
    ①の反応HCl+NaOH→NaCl +H2Oが終わった所、つまり弱塩基遊離反応が起こる直前では溶液中に 上の二つとNH4Clがあると思うんですが、その時のPHはなんで塩基性なんですか?NH4Clがあるので酸性を示すと思うんですが。

    • とても鋭い質問です!
      NH4Clのみのときって、
      pHジャンプの一瞬だけなんで、
      次に、NaOHを滴下されるとすぐにNH3が現れて、
      NH3+H2O→NH4+OH
      で塩基性を示します。

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