中和1

うすい硫酸にうすい水酸化バリウム水溶液を加えたときの変化を調べた実験について、問いに答えよ。 5つのビーカーA,B,C,D,Eに、うすい硫酸を同じ試薬びんから50cm³ずつはかりとった。 ビーカーA～Eに、うすい水酸化バリウム水溶液を同じ試薬びんからこまごめピペットで、Aには10cm³、Bには20cm³、Cには30cm³、Dには40cm³、Eには50cm³加え、十分に反応させると、ビーカーA～Eのそれぞれで硫酸バリウムの白色沈殿が生じた。 ビーカーA～Eのそれぞれの液をよくかき混ぜ、硫酸バリウムがビーカーに残らないようにろ過した。次に、それぞれのろ紙に残った硫酸バリウムをよく乾燥させ、硫酸バリウムだけの質量を測定した。 ビーカーA～Eについて、加えた水酸化バリウム水溶液の体積と生じた硫酸バリウムの質量との関係をグラフにまとめたところ、図のようになった。 硫酸や水酸化バリウムのように、水にとかしたときに電離し、電流が流れる物質を何というか。 硫酸と水酸化バリウムの反応を化学反応式で表せ。 ［２］で十分に反応させたあとの5つのビーカーにBTB溶液を入れた場合のそれぞれの色を答えよ。
A B C D E ［２］で十分に反応させたあとの5つのビーカーの中で、水溶液中に存在する硫酸イオンとバリウムイオンの総数が最も少ないものを、 A～Eから1つ選び、記号で答えよ。 ［２］で十分に反応させたあとのEのビーカーに最も数が多く存在するイオンのイオン式を答えよ。 新たにビーカーFを準備して、［１］の試薬びんからうすい硫酸30cm³をはかりとる。 次に、［２］の試薬びんからうすい水酸化バリウム水溶液20cm³をこまごめピペットでビーカーFに加え、 十分に反応させる。このときに生じる硫酸バリウムの質量は何gか。

(1) 水に溶けて陽イオンと陰イオンに別れる物質のことを電解質という。 (2) 硫酸の化学式 H₂SO₄、水酸化バリウムの化学式 Ba(OH)₂
硫酸と水酸化バリウムが反応すると、硫酸バリウムと水ができる。
H₂SO₄+Ba(OH)₂→BaSO₄+2H₂O (3) グラフから硫酸50cm³と水酸化バリウム水溶液30cm³が過不足なく反応しているのが読み取れる。
よって水酸化バリウムが30cm³のCのとき中性で緑色、水酸化バリウムそれより少ないAやBでは酸性なので黄色、水酸化バリウムが多いD,Eではアルカリ性で青色になる。(4) 硫酸が電離するとH₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-となり、
水酸化バリウムが電離するとBa(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^-となる。
硫酸と水酸化バリウムが反応するとSO₄^2-とBa²⁺がくっついて硫酸バリウムになるが、これは水に溶けないので沈殿する。
Cのときは中性になっているので、混ぜる前のH⁺とOH^-の数がほぼ同数だと考えられ、SO₄^2-とBa²⁺の数も同じくほぼ同数のため、混ぜると硫酸バリウムとして沈殿してしまって水溶液中のイオンの数はほぼ0になる。 (5) 中性になったCのビーカーの反応のとき、硫酸と水酸化バリウムのそれぞれに含まれるイオンが同数で、 SO₄^2-とBa²⁺が硫酸バリウムとして沈殿し、H⁺とOH^-は水になって、水溶液中のイオンはほぼ０になった。
D,Eでは水酸化バリウムが多いので水溶液中にはBa²⁺とOH^-があるが、電離式Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^-でわかるとおりOH^-がBa²⁺の倍の数あるので、DやEのビーカー中に最も多いイオンはOH^-である。 (6) グラフから硫酸50cm³と過不足なく反応する水酸化バリウム水溶液は30cm³である。
この比から、硫酸30cm³と過不足なく反応する水酸化バリウム水溶液を求める。
50:30 = 30:x
50x = 900
x = 18
硫酸30cm³と水酸化バリウム水溶液18cm³が過不足なく反応するので、Fのビーカーでは硫酸がすべて反応し、水酸化バリウム水溶液はあまることがわかる。
実験で、硫酸50cm³がすべて反応したときに生じた沈殿は0.6gだったので、硫酸30cm³から生じる沈殿をxとすると
50:0.6=30:x
50x = 18
x = 0.36