BTB色変化から中和点を判断する塩酸と水酸化ナトリウム
理科の実験で、同じ濃度のうすい塩酸20.0 cm³と、同じ濃度のうすい水酸化ナトリウム水溶液15.0 cm³を混ぜ、BTB溶液を数滴加えた。混合液は黄色を示した。そこへ、同じ水酸化ナトリウム水溶液を1.0 cm³ずつ加えていった。最初の15.0 cm³に加えて、さらに4.0 cm³加えたときはまだ黄色で、さらに5.0 cm³加えたときに緑色になった。そのあと、さらに5.0 cm³加えると青色になった。生徒Aは「緑色になったのは、最初の15.0 cm³に5.0 cm³を加えたときだから、中和に必要な水酸化ナトリウム水溶液は全体で20.0 cm³だ」と言った。生徒Bは「青色になったところが中和点なので、全体で25.0 cm³必要だ」と言った。生徒Cは「緑色は塩酸がまだ余っている証拠だ」と言った。使用した塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の濃度は等しく、塩酸と水酸化ナトリウムは1:1で中和する。混合液はよくかき混ぜ、体積変化や温度変化は考えない。BTBは酸性で黄色、中性で緑色、塩基性で青色を示す。
1. 混合液が最初に黄色を示したことから、塩酸と水酸化ナトリウム水溶液のどちらが余っているか。また、濃度が等しく1:1で中和することを用いて、中和に必要な水酸化ナトリウム水溶液の全体積を求めよ。
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BTBが黄色なので、最初の混合液は酸性である。したがって、塩酸が水酸化ナトリウムより余っている。
塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の濃度が等しく、1:1で中和するなら、塩酸20.0 cm³を中和するには水酸化ナトリウム水溶液が20.0 cm³必要である。最初に15.0 cm³を加えているので、不足分は
- 20.0 cm³ - 15.0 cm³ = 5.0 cm³
したがって、最初の15.0 cm³に5.0 cm³を加えたとき、全体で20.0 cm³となり中和する。
2. 生徒A、B、Cの考えのうち、正しいものはどれか。BTBの色と中和点の関係から、それぞれの誤りを説明せよ。
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正しいのは生徒Aである。
- 生徒A：緑色は中性を示す。全体で20.0 cm³を加えたときに緑色になったので、そこが中和点である。正しい。
- 生徒B：青色は塩基性、つまり水酸化ナトリウム水溶液が余っている状態を示す。中和点より後に加えすぎた状態であり、25.0 cm³が中和点ではない。誤り。
- 生徒C：緑色は中性の証拠である。塩酸が余っているなら黄色になるはずで、緑色を「塩酸が余っている」と判断するのは誤り。
色の変化は、中和点そのものではなく、指示薬が示す液性の変化として読む必要がある。
3. 緑色になった混合液を加熱して水を蒸発させると、主に何が残るか。中和反応の化学反応式を書き、生成物と関連づけて説明せよ。
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緑色の混合液は中性なので、塩酸と水酸化ナトリウムは過不足なく反応している。中和反応は
- HCl + NaOH → NaCl + H2O
である。水を蒸発させると、水は気体になって去り、塩化ナトリウムNaClが主に残る。Na⁺とCl⁻が水溶液中でイオンとして存在していたものが、水がなくなると塩として残る。BTBは数滴だけなので、残る物質の主成分はNaClと考える。