第4章化学反応の量的関係
Key Concepts and Summary重要な概念とまとめ
The stoichiometry of chemical reactions may serve as the basis for quantitative chemical analysis methods. Titrations involve measuring the volume of a titrant solution required to completely react with a sample solution. This volume is then used to calculate the concentration of analyte in the sample using the stoichiometry of the titration reaction. Gravimetric analysis involves separating the analyte from the sample by a physical or chemical process, determining its mass, and then calculating its concentration in the sample based on the stoichiometry of the relevant process. Combustion analysis is a gravimetric method used to determine the elemental composition of a compound by collecting and weighing the gaseous products of its combustion.
化学反応の化学量論は、定量化学分析法の基礎になる。滴定では、試料溶液と完全に反応するのに必要な滴定液の体積を測定する。その体積と滴定反応の化学量論を使って、試料中の分析対象物の濃度を計算する。重量分析では、物理的または化学的な過程で分析対象物を試料から分離し、その質量を求め、関連する過程の化学量論に基づいて試料中の濃度を計算する。燃焼分析は重量分析法の一つで、燃焼で生じる気体生成物を捕集・秤量し、化合物の元素組成を求める。
Chemistry End of Chapter Exercises化学・章末問題
Exercises 78–95練習問題 78–95
Exercise 78問題 78
What volume of 0.0105-M HBr solution is required to titrate 125 mL of a 0.0100-M Ca(OH)2 solution?
0.0100 MのCa(OH)2水溶液125 mLを滴定するには、0.0105 MのHBr水溶液がどれだけの体積必要か。
Exercise 79問題 79
Titration of a 20.0-mL sample of acid rain required 1.7 mL of 0.0811 M NaOH to reach the end point. If we assume that the acidity of the rain is due to the presence of sulfuric acid, what was the concentration of sulfuric acid in this sample of rain?
酸性雨の試料20.0 mLを滴定したところ、終点に達するまでに0.0811 MのNaOH水溶液1.7 mLが必要であった。雨の酸性が硫酸によるものだと仮定すると、この雨の試料中の硫酸濃度はいくらであったか。
Solution解き方
3.4 10−3 M H2SO4
3.4 10−3 M H2SO4
Exercise 80問題 80
What is the concentration of NaCl in a solution if titration of 15.00 mL of the solution with 0.2503 M AgNO3 requires 20.22 mL of the AgNO3 solution to reach the end point?
ある溶液15.00 mLを0.2503 MのAgNO3水溶液で滴定したところ、終点までAgNO3水溶液が20.22 mL必要であった。もとの溶液のNaCl濃度はいくらか。
Exercise 81問題 81
In a common medical laboratory determination of the concentration of free chloride ion in blood serum, a serum sample is titrated with a Hg(NO3)2 solution.
英語のヒント
血清中の遊離塩化物イオン濃度を求める一般的な臨床検査では、血清試料をHg(NO3)2水溶液で滴定する。
What is the Cl− concentration in a 0.25-mL sample of normal serum that requires 1.46 mL of 8.25 10−4 M Hg(NO3)2(aq) to reach the end point?
正常血清0.25 mLの試料を滴定し、終点に達するまでに8.25 10−4 MのHg(NO3)2(aq)が1.46 mL必要であった。Cl−濃度はいくらか。
Solution解き方
9.6 10−3 M Cl−
9.6 10−3 M Cl−
Exercise 82問題 82
Potatoes can be peeled commercially by soaking them in a 3-M to 6-M solution of sodium hydroxide, then removing the loosened skins by spraying them with water. Does a sodium hydroxide solution have a suitable concentration if titration of 12.00 mL of the solution requires 30.6 mL of 1.65 M HCl to reach the end point?
英語のヒント
ジャガイモの工業的な皮むきでは、3～6 Mの水酸化ナトリウム水溶液に浸し、緩んだ皮を水の噴射で取り除くことができる。ある水酸化ナトリウム水溶液12.00 mLの滴定において、終点まで1.65 MのHCl水溶液30.6 mLが必要であった。この水酸化ナトリウム水溶液の濃度は適切か。
Exercise 83問題 83
A sample of gallium bromide, GaBr3, weighing 0.165 g was dissolved in water and treated with silver nitrate, AgNO3, resulting in the precipitation of 0.299 g AgBr. Use these data to compute the %Ga (by mass) GaBr3.
臭化ガリウムGaBr3の試料0.165 gを水に溶かし、硝酸銀AgNO3で処理したところ、AgBrが0.299 g沈殿した。このデータを使い、GaBr3中のGaの質量百分率を計算しなさい。
Solution解き方
22.4%
22.4%
Exercise 84問題 84
The principal component of mothballs is naphthalene, a compound with a molecular mass of about 130 amu, containing only carbon and hydrogen. A 3.000-mg sample of naphthalene burns to give 10.3 mg of CO2. Determine its empirical and molecular formulas.
英語のヒント
防虫剤の主成分はナフタレンで、炭素と水素だけからなる、分子質量約130 amuの化合物である。ナフタレン試料3.000 mgを燃焼させると、CO2が10.3 mg生じる。組成式と分子式を求めなさい。
Exercise 85問題 85
A 0.025-g sample of a compound composed of boron and hydrogen, with a molecular mass of ~28 amu, burns spontaneously when exposed to air, producing 0.063 g of B2O3. What are the empirical and molecular formulas of the compound?
英語のヒント
ホウ素と水素からなる分子質量約28 amuの化合物の試料0.025 gは、空気にさらすと自然発火し、B2O3 0.063 gを生じる。この化合物の組成式と分子式は何か。
Solution解き方
The empirical formula is BH3. The molecular formula is B2H6.
組成式はBH3、分子式はB2H6である。
Exercise 86問題 86
Sodium bicarbonate (baking soda), NaHCO3, can be purified by dissolving it in hot water (60 °C), filtering to remove insoluble impurities, cooling to 0 °C to precipitate solid NaHCO3, and then filtering to remove the solid, leaving soluble impurities in solution. Any NaHCO3 that remains in solution is not recovered. The solubility of NaHCO3 in hot water of 60 °C is 164 g/L. Its solubility in cold water of 0 °C is 69 g/L. What is the percent yield of NaHCO3 when it is purified by this method?
英語のヒント
炭酸水素ナトリウム（重曹）NaHCO3は、60 °Cの温水に溶かし、ろ過して不溶性不純物を取り除き、0 °Cまで冷やして固体NaHCO3を沈殿させ、さらにろ過して固体を回収することで精製できる。可溶性不純物は溶液中に残る。溶液中に残ったNaHCO3は回収されない。NaHCO3の溶解度は、60 °Cの温水では164 g/L、0 °Cの冷水では69 g/Lである。この方法で精製するとき、NaHCO3の百分率収率はいくらか。
Exercise 87問題 87
What volume of 0.600 M HCl is required to react completely with 2.50 g of sodium hydrogen carbonate?
炭酸水素ナトリウム2.50 gと完全に反応するには、0.600 MのHCl水溶液がどれだけの体積必要か。
Solution解き方
49.6 mL
49.6 mL
Exercise 88問題 88
What volume of 0.08892 M HNO3 is required to react completely with 0.2352 g of potassium hydrogen phosphate?
リン酸水素カリウム0.2352 gと完全に反応するには、0.08892 MのHNO3水溶液がどれだけの体積必要か。
Exercise 89問題 89
What volume of a 0.3300-M solution of sodium hydroxide would be required to titrate 15.00 mL of 0.1500 M oxalic acid?
0.1500 Mのシュウ酸水溶液15.00 mLを滴定するには、0.3300 Mの水酸化ナトリウム水溶液がどれだけの体積必要か。
Solution解き方
13.64 mL
13.64 mL
Exercise 90問題 90
What volume of a 0.00945-M solution of potassium hydroxide would be required to titrate 50.00 mL of a sample of acid rain with a H2SO4 concentration of 1.23 10−4 M.
H2SO4濃度が1.23 10−4 Mの酸性雨試料50.00 mLを滴定するには、0.00945 Mの水酸化カリウム水溶液がどれだけの体積必要か。
Exercise 91問題 91
A sample of solid calcium hydroxide, Ca(OH)2, is allowed to stand in water until a saturated solution is formed. A titration of 75.00 mL of this solution with 5.00 10−2 M HCl requires 36.6 mL of the acid to reach the end point.
英語のヒント
固体の水酸化カルシウムCa(OH)2を水中で放置し、飽和溶液にする。この溶液75.00 mLを5.00 10−2 MのHClで滴定すると、終点までに酸が36.6 mL必要である。
What is the molarity?
モル濃度はいくらか。
Solution解き方
0.0122 M
0.0122 M
Exercise 92問題 92
Exercise 93問題 93
How many milliliters of a 0.1500-M solution of KOH will be required to titrate 40.00 mL of a 0.0656-M solution of H3PO4?
0.0656 MのH3PO4水溶液40.00 mLを滴定するには、0.1500 MのKOH水溶液が何mL必要か。
Solution解き方
34.99 mL KOH
34.99 mL KOH
Exercise 94問題 94
Potassium hydrogen phthalate, KHC8H4O4, or KHP, is used in many laboratories, including general chemistry laboratories, to standardize solutions of base. KHP is one of only a few stable solid acids that can be dried by warming and weighed. A 0.3420-g sample of KHC8H4O4 reacts with 35.73 mL of a NaOH solution in a titration. What is the molar concentration of the NaOH?
英語のヒント
フタル酸水素カリウムKHC8H4O4、略してKHPは、一般化学実験室を含む多くの実験室で、塩基の溶液の標定に使われる。KHPは、加温によって乾燥でき、秤量できる、数少ない安定な固体の酸の一つである。滴定で、KHC8H4O4の試料0.3420 gが、NaOH水溶液35.73 mLと反応した。NaOHのモル濃度はいくらか。
Exercise 95問題 95
The reaction of WCl6 with Al at ~400 °C gives black crystals of a compound containing only tungsten and chlorine. A sample of this compound, when reduced with hydrogen, gives 0.2232 g of tungsten metal and hydrogen chloride, which is absorbed in water. Titration of the hydrochloric acid thus produced requires 46.2 mL of 0.1051 M NaOH to reach the end point. What is the empirical formula of the black tungsten chloride?
約400 °CでWCl6とAlを反応させると、タングステンと塩素だけを含む化合物の黒い結晶ができる。この化合物の試料を水素で還元すると、金属タングステン0.2232 gと塩化水素が生じる。塩化水素を水に吸収させ、こうしてできた塩酸を滴定すると、終点までに0.1051 MのNaOH水溶液46.2 mLが必要である。この黒い塩化タングステンの組成式は何か。
Solution解き方
The empirical formula is WCl4.
組成式はWCl4である。
analyte
分析対象物
chemical species of interest
分析の対象とする化学種。
buret
ビュレット
device used for the precise delivery of variable liquid volumes, such as in a titration analysis
滴定分析などで、さまざまな体積の液体を正確に供給するための器具。
combustion analysis
燃焼分析
gravimetric technique used to determine the elemental composition of a compound via the collection and weighing of its gaseous combustion products
化合物の燃焼で生じる気体生成物を捕集・秤量し、元素組成を求める重量分析法。
end point
終点
measured volume of titrant solution that yields the change in sample solution appearance or other property expected for stoichiometric equivalence (see equivalence point)
化学量論的に等量になったときに期待される試料溶液の外観やその他の性質の変化が現れる、実測の滴定液体積（当量点を参照）。
equivalence point
当量点
volume of titrant solution required to react completely with the analyte in a titration analysis; provides a stoichiometric amount of titrant for the sample’s analyte according to the titration reaction
滴定分析で分析対象物と完全に反応するのに必要な滴定液の体積。滴定反応に従って、試料の分析対象物に対する化学量論的な量の滴定液を与える。
gravimetric analysis
重量分析
quantitative chemical analysis method involving the separation of an analyte from a sample by a physical or chemical process and subsequent mass measurements of the analyte, reaction product, and/or sample
物理的または化学的な過程で分析対象物を試料から分離し、その後、分析対象物、反応生成物、試料のいずれか、または複数の質量を測定する定量化学分析法。
indicator
指示薬
substance added to the sample in a titration analysis to permit visual detection of the end point
滴定分析で、終点を目で検出できるように試料に加える物質。
quantitative analysis
定量分析
the determination of the amount or concentration of a substance in a sample
試料中の物質の量または濃度を求めること。
titrant
滴定液
solution containing a known concentration of substance that will react with the analyte in a titration analysis
滴定分析で分析対象物と反応する物質を、既知の濃度で含む溶液。
titration analysis
滴定分析
quantitative chemical analysis method that involves measuring the volume of a reactant solution required to completely react with the analyte in a sample
試料中の分析対象物と完全に反応するのに必要な反応物溶液の体積を測定する、定量化学分析法。