化学の実験では、反応に使用する試薬の濃度を正確に求めることが重要です。今回はシュウ酸水溶液に過マンガン酸カリウム水溶液を滴下する実験を通じて、その濃度を求める方法を解説します。この問題では、シュウ酸と過マンガン酸カリウムの反応に基づいて過マンガン酸カリウム水溶液の濃度を求める問題です。
過マンガン酸カリウムの滴定反応
過マンガン酸カリウム（KMnO₄）は強力な酸化剤で、酸性条件下ではシュウ酸（H₂C₂O₄）を酸化する反応を行います。この反応は、過マンガン酸カリウムの紫色が消えることで反応が完了したことを示します。反応の過程では、過マンガン酸カリウムがシュウ酸と1対1で反応します。
反応式は次の通りです。
5 C₂H₂O₄ (aq) + 2 MnO₄⁻ (aq) + 16 H⁺ (aq) → 10 CO₂ (g) + 2 Mn²⁺ (aq) + 8 H₂O (l)問題の設定
問題では、0.0500 mol/Lのシュウ酸水溶液20.0 mLを取り、硫酸で酸性にした後、60℃に温めて過マンガン酸カリウム水溶液を滴下しました。滴下量が16.0 mLに達したところで過マンガン酸カリウムの色が消えずに残ったため、その時点で反応が終了したと考えられます。
過マンガン酸カリウム水溶液の濃度を求めるためには、まず反応に必要なシュウ酸のモル数を計算し、滴下した過マンガン酸カリウムのモル数を求める必要があります。
シュウ酸のモル数の計算
シュウ酸水溶液のモル数は、濃度と体積を使って計算できます。
モル数 = 濃度 × 体積シュウ酸のモル数は次のように求められます。
モル数 = 0.0500 mol/L × 0.0200 L = 0.00100 molしたがって、シュウ酸のモル数は0.00100 molです。
過マンガン酸カリウム水溶液の濃度を求める
反応式から、過マンガン酸カリウムのモル数はシュウ酸の5分の2倍であることがわかります。
過マンガン酸カリウムのモル数 = (2 / 5) × シュウ酸のモル数したがって、過マンガン酸カリウムのモル数は。
過マンガン酸カリウムのモル数 = (2 / 5) × 0.00100 mol = 0.000400 mol次に、過マンガン酸カリウム水溶液の濃度は、モル数と体積から求めます。体積は16.0 mL（0.0160 L）ですので、過マンガン酸カリウム水溶液の濃度は次のように計算されます。
濃度 = モル数 / 体積濃度 = 0.000400 mol / 0.0160 L = 0.0250 mol/Lまとめ
過マンガン酸カリウム水溶液の濃度は0.0250 mol/Lであることが求まりました。この計算を通じて、滴定反応におけるモル数の関係を理解し、濃度を求める方法がわかりました。化学の問題を解くためには、反応式とモル数の計算を正確に行うことが重要です。
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