アンモニアの量を測定するために、希硫酸にアンモニアを吹き込み反応させた後、残った硫酸を水酸化ナトリウムで滴定する実験を行った。 (1) 操作1の反応式を書き、(3) 操作1で硫酸と反応したアンモニアの標準状態での体積を求める問題である。

1. 問題の内容

アンモニアの量を測定するために、希硫酸にアンモニアを吹き込み反応させた後、残った硫酸を水酸化ナトリウムで滴定する実験を行った。

(1) 操作1の反応式を書き、(3) 操作1で硫酸と反応したアンモニアの標準状態での体積を求める問題である。

2. 解き方の手順

(1) アンモニアと硫酸の中和反応の反応式は以下の通り。

$2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

(3)

まず、操作1で使用した硫酸の物質量を求める。

硫酸の物質量 = 濃度 × 体積 = $0.100 \ mol/L \times 10.0 \ mL = 0.100 \ mol/L \times 0.0100 \ L = 0.00100 \ mol$

次に、操作2で使用した水酸化ナトリウムの物質量を求める。

水酸化ナトリウムの物質量 = 濃度 × 体積 = $0.100 \ mol/L \times 7.00 \ mL = 0.100 \ mol/L \times 0.00700 \ L = 0.000700 \ mol$

操作2では、操作1で残った硫酸と水酸化ナトリウムが反応する。反応式は以下の通り。

$2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$

水酸化ナトリウムと硫酸の反応の量的関係から、残った硫酸の物質量は水酸化ナトリウムの物質量の1/2である。

残った硫酸の物質量 = $0.000700 \ mol / 2 = 0.000350 \ mol$

アンモニアと反応した硫酸の物質量は、最初にあった硫酸の物質量から残った硫酸の物質量を引いたものになる。

反応した硫酸の物質量 = $0.00100 \ mol - 0.000350 \ mol = 0.000650 \ mol$

アンモニアと硫酸の反応の量的関係から、反応したアンモニアの物質量は反応した硫酸の物質量の2倍である。

反応したアンモニアの物質量 = $0.000650 \ mol \times 2 = 0.00130 \ mol$

標準状態における気体のモル体積は22.4 L/molであるから、反応したアンモニアの体積は、

$0.00130 \ mol \times 22.4 \ L/mol = 0.02912 \ L = 29.12 \ mL$

有効数字3桁で表すと、29.1 mL

3. 最終的な答え

(1) $2NH_3 + H_2SO_4 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

(3) 29.1 mL