化学基礎の問題で、硫酸と水酸化ナトリウム水溶液の中和反応に関する問題の解き方を解説します。問題の内容は、アンモニアが硫酸と反応して吸収された後、残った硫酸を水酸化ナトリウムで中和するというものです。
問題の整理
問題は、以下の内容に分けられます。
- アンモニアの量とその反応
- 反応後に残った硫酸の量
- 残った硫酸を中和するために必要な水酸化ナトリウム水溶液の体積
それぞれのステップで計算を行いましょう。
アンモニアの反応による硫酸の消費量
まず、アンモニアと硫酸の反応を考えます。アンモニアは硫酸と反応して、アンモニウムイオン（NH₄⁺）と硫酸イオン（SO₄²⁻）を生成します。この反応により、アンモニアがすべて消費されることが前提です。
反応式は次の通りです。
2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄
与えられた情報を使って反応に使われた硫酸のモル数を計算します。
残った硫酸の計算
反応に使用された硫酸のモル数を求めたら、残った硫酸のモル数を計算します。反応に使われた硫酸のモル数をもとに、残った硫酸の量を求めましょう。
計算方法は以下の通りです。
- 反応に使われた硫酸のモル数を求める
- 残った硫酸のモル数 = 初めに加えた硫酸のモル数 – 反応に使われた硫酸のモル数
水酸化ナトリウム水溶液での中和
次に、残った硫酸を中和するために必要な水酸化ナトリウム水溶液の体積を求めます。硫酸と水酸化ナトリウムは1:1のモル比で反応します。反応式は次の通りです。
H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
残った硫酸のモル数が分かれば、それを中和するために必要な水酸化ナトリウムのモル数を計算できます。その後、0.20mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を使用して、必要な体積を求めます。
中和に必要な水酸化ナトリウムの体積
水酸化ナトリウムのモル数を求めたら、そのモル数に基づいて体積を計算します。計算式は次の通りです。
体積 = モル数 / 濃度
これで必要な水酸化ナトリウム水溶液の体積が求まります。
まとめ
この問題は、アンモニアと硫酸の反応を理解し、残った硫酸を中和するために必要な水酸化ナトリウム水溶液の体積を求めるものです。計算を順を追って行うことで、解法が明確になります。
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