中等部３学年のチャレンジ問題−酸・塩基編−です。基本から難問まで幅広くありますから，頑張って下さい。また，各問題の解答もあります。きちんと最後まで解いてから答えを合わせましょう。

1 0.20molの酢酸を含む水溶液がある。この水溶液での酢酸の電離度を0.016とすると，水溶液中の酢酸分子，水素イオンはそれぞれ何molか。

2 次の溶液のpHはいくらか。
(1) 0.05mol/l硫酸
(2) 0.04mol/l酢酸（電離度を0.025とする）
(3) 0.1mol/l水酸化ナトリウム水溶液
(4) 0.005mol/l水酸化バリウム水溶液

3 水酸化ナトリウムと水酸化カリウムの混合物が2.32gある。これを水にとかし1.00mol/lの塩酸で中和するのに50.0mlが必要であった。混合物中に水酸化ナトリウムは何g含まれていたか。

4 次の文中の(　)に適当な数値または語句を，�@〜�Eのうちから1つずつ選び記号で答えよ。
　6.30gのシュウ酸二水和物(COOH)₂・2H₂Oを水に溶かして500mlにした。この水溶液の濃度は(　ア　) mol/lである。(　イ　)を指示薬として，このシュウ酸水溶液10.0mlを中和するのに，水酸化ナトリウム水溶液15.0mlを必要とした。したがって，この水酸化ナトリウム水溶液の濃度は(　ウ　)mol/lである。
　　�@0.05　　　 �A0.10　　　 �B0.13　　　 �C0.27　　　�Dメチルオレンジ　　　 �Eフェノールフタレイン

5 酢酸の濃度を求めるため，次の操作を行った。下の各問いに答えよ。

〔操作1〕 標準溶液として0.050mol/lのシュウ酸水溶液1l（A液）をつくった。
〔操作2〕 水酸化ナトリウム約0.8gを水に溶かして，200ml（B液）とした。
〔操作3〕 A液20.0mlをB液で中和滴定すると25.0mlを要した。
〔操作4〕 酢酸水溶液20.0mlをB液で中和滴定すると38.0mlを要した。

(1)A液を1lをつくるために必要なシュウ酸二水和物(COOH)₂・2H₂Oは何gか。
(2)B液の濃度は何mol/lか。
(3)〔操作3〕で必要な器具を，次の�@〜�Eから3つ選び記号で答えよ。
　　�@コニカルビーカー �A試験管 �Bメスフラスコ�Cビュレット �Dホールピペット �Eメスシリンダー
(4) (3)で用いた器具のうち，蒸留水でぬれたまま用いてもよいものはどれか。�@〜�Eの記号で答えよ。
(5)〔操作4〕で用いる指示薬としては何が最も適当か。また，そのときその指示薬は何色から何色へ変化するか。「青色→黒色」のように答えよ。
(6)酢酸水溶液の濃度は何mol/lか。

解答

1 CH₃COOH：0.197mol，　H⁺：3.2×10^-3mol

【解説】
CH₃COOH → CH₃COO^- + H⁺
電離度0.016より，H⁺は0.20×0.016=3.2×10^-3(mol)，CH₃COOHは0.20×(1-0.016)≒0.197(mol)

2 （1）pH=1　（2）pH=3　（3）pH=13　（4）pH=12

【解説】
（1）[H⁺]=0.05×2×1=0.1(mol/l)　∴pH=1
（2）[H⁺]=0.04×1×0.025=1×10^-3(mol/l)　∴pH=3
（3）[H⁺]=1×10^-14/0.1×1×1=1×10^-13(mol/l)　∴pH=13
（4）[H⁺]=1×10^-14/0.05×2×1=1×10^-12(mol/l)　∴pH=12

3 1.2g

【解説】
NaOH=40，KOH=56より，水酸化ナトリウムをxgとすると，
　x/40×1 + (2.32-x)×1/74 = 1.00×(50.0/1000)×1　　∴x＝1.2(g)

4 ア �A　イ �E ウ �B

【解説】
シュウ酸の結晶中の水和水の扱いに注意する。あとから水を加えて全体を500mlにしているので，モル濃度を計算するときに水和水は気にしなくてよい。また，中和の量的関係は，価数×物質量の値が互いに等しいと表現できる。
　(ア)シュウ酸は2価の酸である。(COOH)₂･2H₂O=126より，シュウ酸水溶液の濃度は，次のようになる。
　　(6.30/126)×(1000/500)=0.10(mol/l)
　(イ)シュウ酸は2価の弱酸であり，水酸化ナトリウムは1価の強塩基である。このときの中和滴定では，アルカリ性側に変色域をもつフェノールフタレインを指示薬として用いる。
　(ウ)求める水酸化ナトリウム水溶液の濃度をx(mol/l)とすると，(nCV/1000)=(n'C'V'/1000)の公式から，次のようになる。
　　2×0.10×10.0/1000=1×x×15.0/1000
　 したがって，x=0.13(mol/l)

5　(1) 6.3g　(2) 0.080mol/l　(3) �@，�C，�D　(4) �@　(5) フェノールフタレイン，無色→（淡）赤色 (6) 0.15mol/l

【解説】　シュウ酸二水和物(COOH)₂・2H₂Oの結晶は，安定で高純度の結晶が得られるので，中和滴定の標準溶液を調製するのに最適である｡この標準溶液からNaOH水溶液の正確な濃度を決定し，その水溶液を用いて，濃度不明の酢酸水溶液の濃度を決定する｡これらの操作で用いる器具は，その器具の使用目的に応じて，純粋な水で洗浄，または使用する溶液で2〜3度すすぎ洗いをして用いる。

(1)このとき必要なシュウ酸二水和物の質量は，(COOH)₂・2H₂O=126 より，
　126×0.050×1=6.3(g)
(2)NaOH水溶液の濃度をx(mol/l)とすると，シュウ酸は2価の酸だから，次のようになる｡
　2×0.050×20.0/1000=1×x×25.0/1000　　　　　∴x=0.080(mol/l)
(4)コニカルビーカーは，滴定する酸や塩基を加える容器として用いるので，コニカルビーカーに酸や塩基が付着していなければ，純粋な水などでぬれたまま用いてよい｡ビュレットやホールピペットは，酸や塩基の一定体積を測り取るために用いるので，純粋な水などでぬれたまま使用すると，酸や塩基の濃度が変化するのでふさわしくない｡そこで，これらの器具は使用する溶液で洗ってから用いる｡したがって，�@である｡
(5) 弱酸と強塩基の中和反応だから，中和点は弱塩基性にある｡したがって，変色域がpH=8.3〜10.0あるフェノールフタレインを用いる｡このときの色の変化は，酸性・中性では無色，塩基性で赤色となる｡
(6)酢酸水溶液の浪度をx(mol/l)とすると，
　1×x×20.0/1000=1×0.080×38.0/1000　　　∴x=0.15(mol/l)

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