水酸化ナトリウム溶液を炭酸ガスで中和しています。中和が進むと溶液中に白い沈殿物が見られるようになりました。炭酸塩・炭酸水素塩だと思いますが、その反応式が分からないので、教えて下さい。
 
 また過剰にガスを反応させた場合、反応式の変化があれば教えて下さい。
  

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A 回答 (5件)

rei00 です。



 「化学辞典」(東京化学同人)を見ましたが,taka113 さんの回答で合っているようですね。

 以下言い訳めいたものになりますが,taka113 さんの回答を拝見して次の様に考えたのですが,これはどうなんでしょうか? taka113 さん,あるいは他の回答者の方,いかがでしょうか?

【私の考え】
 最初は NaOH が過剰だから,次の反応が速やかに起り,沈殿が生じない(飽和する前に反応してしまう)。

  NaOH + CO2 → NaHCO3
  NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O

 Total では taka113 さんの反応式になり,
  2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

 炭酸ガスが過剰になると,つまり中和が終わっても炭酸ガスを反応させると,次の反応が起って炭酸水素ナトリウムが飽和して沈殿する。

  CO2 + H2O → H2CO3
  H2CO3 + Na2CO3 → 2NaHCO3↓

 Total すると taka113 さんの反応式になり,
  Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3↓
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この回答へのお礼

いくつもの回答ありがとうございました。1つの質問で、いろいろな知識を学ぶことが出来ました。 

お礼日時:2002/02/22 11:28

rei00 です。



 84yayo84 さんはここまで期待されてないのかも判りませんが,『過剰にガスを反応させた場合、反応式の変化があれば教えて下さい』とありますので,loveobo さんの回答も『脱線』ではないと思いますが・・・。と言う事で,loveobo さんの回答にお返事させて下さい。

> 水溶液中の中和反応を速度論的に考えるより、
> 炭酸塩の解離平衡
>   [H+] [CO3--] / [HCO3-] = 4.68E-11 mol/L (1)
>   [H+] [HCO3-] / [H2CO3] = 4.47E-17 mol/L (2)
> を考えてみたらいかがでしょう?

 この様にお書きと言う事は,私が考えた反応式(反応経過)自身はお認めいただけた訳ですね。この経過自身にも若干不安があったものですから。

 で,平衡ですか・・・。なるほど,こう言った考え方もあるんですね。勉強になりました。私も一応平衡は考えたんですが,先の反応の平衡ばかり考えて,どうにも説明が付かなくなりました。その結果が,『飽和する前に反応してしまう』の言葉(苦しい言い訳)になりました。

 ただ,一点よろしければ教えていただきたいのですが・・・。水酸化ナトリウム溶液で酸の平衡を考えるのは自然な事でしょうか? それとも,説明のための考え方でしょうか? 普段,塩基条件の反応に「H+」を関与させる学生に注意しているものですから,気になりまして。

 どちらにしても,私の盲点でしたので勉強になりました。どうもありがとうございました。

 あ,今回の内容には特に経験ありませんので,「一般人,自信なし」にしておきます。
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この回答へのお礼

スイマセン。rei00さんが、この中で疑問を投げかけていたのに、
締め切ってしまいました。後から気がついたもので・・・
 

お礼日時:2002/02/22 11:47

84yayo84さん、rei00さん#3に関連して脱線をご容赦ください。



>次の反応が速やかに起り,沈殿が生じない(飽和する前に反応してしまう)//
水溶液中の中和反応を速度論的に考えるより、炭酸塩の解離平衡
[H+] [CO3--] / [HCO3-] = 4.68E-11 mol/L (1)
[H+] [HCO3-] / [H2CO3] = 4.47E-17 mol/L (2)
を考えてみたらいかがでしょう?

気液平衡や体積変化を無視、C mol/LのNaOH水溶液1 L に吹込んだ X molの
CO2が、H2CO3、HCO3-、CO3--のいずれかで存在すると仮定すると、
[CO3--] + [HCO3-] + [H2CO3] = X (3)
電荷のバランスから
[H+] + [Na+] = [H+] + C = [OH-] + 2 [CO3--] + [HCO3-] (4)
水の解離平衡から
[H+] [OH-] = 1.0E-14 (5)

数学の苦手な私は、未知パラメータをXの関数に整理するのをあきらめ、
(1) (4) (5) から [CO3--] を一定値 C と [H+] で記述し、EXCELで [H+] を
刻んで対応する [CO3--] を求め、芋づる式に [HCO3-] や X を求めると
反応初期で [CO3--]:[HCO3-]:[H2CO3] ≒ 100:0:0
X = 0.5 Cで [CO3--]:[HCO3-]:[H2CO3] ≒ 98:2:0
X = 1.0 Cで [CO3--]:[HCO3-]:[H2CO3] ≒ 1:98:1

NaHCO3の沈澱について、やや乱暴ですが、[HCO3-] にNaHCO3の式量を
乗じた値とNaHCO3の飽和溶解度を比較してみましたら、
C = 1.0 mol/Lのとき、X = C
C = 2.0 mol/Lのとき、X = 約 0.75 C
C = 5.0 mol/Lのとき、X = 約 0.6 C  ほどで NaHCO3 が沈澱しそうです。

この手のシミュレーションは「経験者」、実験的に検証していないので「自信なし」
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水酸化ナトリウムに炭酸ガスを反応させるとまず水溶性の炭酸ナトリウム(Na2CO3)が発生し、過剰に反応させると水に難溶な炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)が沈殿します



沈殿を生じない反応
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

沈殿を生じる反応
Na2CO3 + CO2 + H2O →  2NaHCO3

となります。
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 水酸化ナトリウム(NaOH)と炭酸ガス(CO2)で,直ぐに思い付く反応。



  NaOH + CO2 → NaHCO3
  NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O

 実際に両反応が起っているのかどうかは分かりませんが,反応式としてはこれで良いと思います。
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似た質問が過去にもあった様なのですが、そちらでは答えが出されていなかったので質問させて頂きました。
宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

まず、炭酸水素ナトリウムについては、

 1) MgSO4 + NaHCO3 → MgCO3↓ + NaHSO4
 2) MgSO4 + 2NaHCO3 → MgCO3↓ + Na2SO4 + H2O + CO2↑

という2つの式が書けます。
但し、NaHSO4が生じると液性は酸性になるため、未反応のまま溶けているNaHCO3の分解(NaHCO3+NaHSO4→Na2SO4+H2O+CO2↑)が起きますので、実質的には「2)」に集約されます。
沈澱が生じなかった場合の加熱は、CO2の気化を促すことで、この反応を進みやすくするためでしょう。
(また、マグネシウム塩は温度が上がると溶解度が下がるものが多いことから、沈澱を促進する効果もあると思います)

次に炭酸ナトリウムの場合ですが、この溶液は塩の加水分解によってアルカリ性(恐らくpH10以上)になっているため、

 1) MgSO4 + Na2CO3 → MgCO3↓ + Na2SO4
 2) MgSO4 + Na2CO3 + H2O → Mg(OH)2↓ + Na2SO4 + CO2↑

といった反応が考えられます。
つまり、この場合は炭酸マグネシウムと水酸化マグネシウムが混ざった沈澱が生じている可能性があるということです。
(すみませんが、どちらが主となるかは私にはわかりません)

まず、炭酸水素ナトリウムについては、

 1) MgSO4 + NaHCO3 → MgCO3↓ + NaHSO4
 2) MgSO4 + 2NaHCO3 → MgCO3↓ + Na2SO4 + H2O + CO2↑

という2つの式が書けます。
但し、NaHSO4が生じると液性は酸性になるため、未反応のまま溶けているNaHCO3の分解(NaHCO3+NaHSO4→Na2SO4+H2O+CO2↑)が起きますので、実質的には「2)」に集約されます。
沈澱が生じなかった場合の加熱は、CO2の気化を促すことで、この反応を進みやすくするためでしょう。
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●それぞれにPP溶液を1~2滴ずつ加えて呈色の違いをみる。
(結果)NaHCO3→濃ピンク、Na2CO3→薄ピンク
●NaHCO3溶液を加熱するとどうなったか?
(結果)濃ピンクになった
(疑問)固体で加熱したときの反応と同じく、
2NaHCO3→Na2CO3+CO2↑+H2O
でよいのか?Na2CO3が出来たなら濃ピンクになったという結果はわかる。

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(結果)NaHCO3→白濁がかる、Na2CO3→白濁がかる
(疑問)他の人の実験結果ではNaHCO3は変化がなかった。失敗してしまったのか?でももし先ほどの加熱でNaHCO3がNa2CO3になったのならば、同じ結果になってよいのでは?
また、その場合の反応式が
MgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2SO4
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(疑問)なにが沈殿したのかわからない。(沈殿と先ほどの白濁は関りがあるのか?)
煮沸することによってどういった反応になったのかわからない。

学校が休みなので専門書を見ることができずに困っています。(>_<;)

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●それぞれにPP溶液を1~2滴ずつ加えて呈色の違いをみる。
(結果)NaHCO3→濃ピンク、Na2CO3→薄ピンク
●NaHCO3溶液を加熱するとどうなったか?
(結果)濃ピンクにな...続きを読む

Aベストアンサー

Na2CO3の方は加熱しないのですね?

・水溶液のpH
色の濃さが逆ではありませんか?

●NaHCO3溶液を加熱するとどうなったか?
水溶液なので、
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ただし、相当長い時間加熱しないと反応は終わらないと思います。

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NaHCO3の方は上の反応によって、(HCO3)-が減少し、OH-が増えているので、CO2発生量は少ないと思います。

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したがって、上で十分に加熱したか、酸をどの程度加えたかで結果が違ってくると思います。酸を十分に加えれば、両方とも沈殿が生じないと思います。

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同じような体験をした方、またはお分かりになる方、
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Aベストアンサー

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