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重曹10gを完全に中和させるには最低何g のクエン酸が必要となりますか?計算方も...

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ID非公開さん

2017/9/2709:20:27

重曹10gを完全に中和させるには最低何g のクエン酸が必要となりますか?計算方も教えてください。

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ベストアンサーに選ばれた回答

編集あり2017/9/2715:46:08

重曹の中和は
NaHCO3 + H+ -> Na+ + H2O + CO2
クエン酸の中和は
C3H5O(COOH)3 ->
C3H5O(COO-)3 + 3H+

つまり、重曹は1価の塩基、クエン酸は3価の酸として考えます。
重曹の物質量は
10[g]/84[g/mol]=0.1190[mol]
中和の式は
1×0.1190[mol]=3×x[mol]
クエン酸の物質量は
x=0.1190/3=0.03967[mol]
よってクエン酸の質量は
0.03967[mol]×192[g/mol]
=7.616=7.6[g]
最後の式量192は水和水によって異なります。

ちなみに、厳密に言えば、炭酸水素塩が炭酸になるためには、炭酸の第一電離のpKa6.35よりも強い酸が必要ですが、クエン酸の第三電離のpKaは6.41なので、中和点が現れません。
よって、加熱によってCO2を追い出す必要がありますが、固体に水を少量加えるというのであれば、中和熱でも十分でしょう。

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質問した人からのコメント

2017/9/28 10:29:15

ありがとうございました。

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2017/9/2719:37:17

中和では無く中性 (pH=7) ならば、

クエン酸を「H3A」と記し pK1=3.13、pK2=4.76、pK3=6.40。
CO2 の pK4=6.35、pK5=10.33 (25℃)。

中性にする為に必要な クエン酸を x(g)、溶液の体積を v(L) とすれば、

プロトン均衡:[H^+]+[CO2]=[CO3^2-]+[H2A^-]+2[HA^2-]+3[A^3-]+[OH^-]
[CO2]=[CO3^2-]+[H2A^-]+2[HA^2-]+3[A^3-]
(10/84v)*([H^+]^2ーK4K5)/([H^+]^2+K4[H^+]+K4K5)=K1(x/192v)*([H^+]^2+2K2[H^+]+3K2K3)/([H^+]^3+K1[H^+]^2+K1K2[H^+]+K1K2K3)
(5/42)*([H^+]^2ーK4K5)/([H^+]^2+K4[H^+]+K4K5)=K1(x/192)*([H^+]^2+2K2[H^+]+3K2K3)/([H^+]^3+K1[H^+]^2+K1K2[H^+]+K1K2K3)

[H^+]=10^(-7) を代入して x=1.49(g)。
重曹を 10(g) 含む溶液に クエン酸を 1.49(g) 加えれば溶液の体積(v)とは無関係に理論的には pH=7 となる。

kuro_ukokkeiさん

2017/9/2709:49:08

(重曹の質量÷重曹の分子量)×重曹の価数=(クエン酸の質量÷クエン酸の分子量)×クエン酸の価数
必要なら、純度を併せて使うこと。

重曹は炭酸水素ナトリウムとすること。分子量や価数の情報は、検索すれば手に入る。

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