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化学反応式 物質量についての問題。 わかる方教えてください。

tar********さん

2011/5/2216:49:29

化学反応式 物質量についての問題。
わかる方教えてください。

硫酸アンモニウムを含む窒素肥料0.4210gを過剰量の水酸化ナトリウム水溶液により反応させ生成したアンモニアを0.050mol/L硫酸溶液50mLを入れたフラスコに捕集した。フラスコ内の内容物を0.050mol/L水酸化ナトリウム水溶液で指示薬の色が変化するまで滴定したところ、滴定に6.0mlを要した。試料中の硫酸アンモニウムの質量を求めよ。


0.4210gという値をどのように使ったらよいのかわからないです。解き方がわかる方教えてください。あとわかりやすい解説もお願いします

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ベストアンサーに選ばれた回答

zui********さん

2011/5/2221:56:36

問題文として不十分な点がありますので,各操作が何をしているのかを整理してからにしたいと思います.また解説を入れますので問題を解くことになりますので,長くなりますがお許し下さい.では,

「硫酸アンモニウムを含む窒素肥料を過剰の水酸化ナトリウム水溶液により反応させる.」この操作は,強アルカリである水酸化ナトリウムを過剰に使うことによって,強酸と弱アルカリの塩である硫酸アンモニウムからアンモニアを遊離させる操作です.アンモニウムイオンはアルカリ側では存在できずアンモニアとなります.アンモニアを遊離させる反応式は次の通りです.
(NH4)2SO2 + 2NaOH → Na2SO4 + 2NH3 + 2H20・・・①

次の,「硫酸溶液に捕集」と言う操作では補足が必要です.アンモニアは水に容易に溶解しますので,このままでアンモニアのみを硫酸と反応させることは不可能です.恐らく,水酸化ナトリウム水溶液との反応後に,加熱してアンモニアをガスとして溶液中から追い出し,このガスを十分量の硫酸で集めると言うことでしょう.となれば,硫酸とアンモニアの反応の反応式は,
2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO2・・・②
です.ここで注目したいのは,捕集に使った硫酸の物質量と試料に含まれる硫酸アンモニウムの物質量が等しいということです.

最後の「水酸化ナトリウム水溶液での滴定」は,捕集で余った硫酸を測定しています.いわゆる逆滴定です.ちなみに,このときの等量点では硫酸アンモニウムと硫酸ナトリウムが存在するため,等量点は酸性側にありますので,指示薬には通常メチルオレンジを使います.水酸化ナトリウムと硫酸の中和反応は,
H2SO4 + 2HaOH → Na2SO4 + 2H2O・・・③

ここで出てきた②と③の反応式を使いながら問題を解いていきますが,その順序は,実験の後ろから前へとさかのぼる形になります.途中,H,N,O,Sそれぞれの原子量を1,14,16,32で計算しています.

ではまず,滴定に要した水酸化ナトリウムの濃度と溶液量から,余剰の硫酸の物質量を算出します.この中和反応は③式から,硫酸1モルに対して水酸化ナトリウムが2モル必要ですから,余剰の硫酸の物質量は,滴定に使った水酸化ナトリウムの1/2になるので,
0.050(mol/L)*6.0(mL)/2 = 0.15(mmol)・・・④

次に,アンモニアと硫酸の中和で使われた硫酸を算出しますが,先に0.05mol/Lの硫酸溶液50mL中に存在する硫酸の物質量を計算すると,
0.05(mol/L)*50(mL) = 2.5(mmol) ・・・⑤
よって,アンモニアと硫酸の中和で使われた硫酸は,④と⑤から,
2.5 - 0.15 = 2.35(mmol)・・・⑥

この⑥の硫酸の物質量は試料中のの硫酸アンモニウムの物質量と等しいので,硫酸アンモニウムの式量を132として,試料中の硫酸アンモニウムの質量は,
2.35(mmol)*132 = 310.2(mg) = 0.3102(g)

となりますが,アンモニアを捕集した硫酸の濃度や滴定時の水酸化ナトリウムの濃度と溶液量の数字から,有効数字は2桁になります(濃度や溶液量のが2桁で表されているので,3桁目以降を求めても意味がない)ので,
答えは0.31g

この結果から分かると思いますが,他に設問がない限り,試料の「0.4210g」は使いません.むしろ有効数字などの引掛けのために書かれているように思われます.

質問した人からのコメント

2011/5/25 19:55:21

降参 ご丁寧にありがとうございます。0.4210gに固執しすぎてました。スッキリしました!!!!

ベストアンサー以外の回答

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d_s********さん

2011/5/2217:19:28

その値を使わない気がします。
ひとつ疑問に思ったのが、硫酸とアンモニアの反応の後、
硫酸アンモニウムが水酸化ナトリウムと反応するかどうかということ。

縛りが少ないので考えれば考えるほどわからなくなります。

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