問題ＰＤＦ
３種類の塩酸（塩酸Ａ、塩酸Ｂ、塩酸Ｃ）と水酸化ナトリウム水溶液を使って実験をしました。水や水溶液はいずれも１ｃｍ3あたり１ｇとし、また１ｇの水や水溶液の温度を１℃上げるのに必要な熱は同じになるとして、以下の実験の説明を読み、問いに答えなさい。
実験１
（１）ある濃さの水酸化ナトリウム水溶液と塩酸Ａをそれぞれ25℃にし、合計体積が100ｃｍ3になるように熱を逃がさない容器の中でよく混ぜた。すぐに温度を測定し、結果を表にした。
実験２
（２）実験１と同じ濃さの水酸化ナトリウム水溶液と塩酸Ｂをそれぞれ25℃にし、合計体積が100ｃｍ3になるように熱を逃がさない容器の中でよく混ぜた。すぐに温度を測定し、結果を表にした。
実験３
塩酸Ｂを1.5倍の濃さにした塩酸Ｃを用意した。実験１と同じ濃さの水酸化ナトリウム水溶液と塩酸Ａ、塩酸Ｂ、塩酸Ｃとをそれぞれ25℃にし、熱を逃がさない容器の中でよく混ぜた。すぐに温度を測定し、ＢＴＢ溶液を加えて水溶液の色を確認した。その結果を表にした。
問１
下線部（１）のように実験を行うと、水溶液の温度を最高何℃まで上げることができますか。
問２
下線部（２）のように実験を行うと、水溶液の温度を最高何℃まで上げることができますか。
問３
実験３において、表の温度①～④にあてはまる数値、⑤～⑧にあてはまる水溶液の色、
水酸化ナトリウム水溶液の体積⑨にあてはまる数値をそれぞれ答えなさい。
＠解説＠
問１：38.5℃
水酸化ナトリウム水溶液：塩酸Ａ＝100：０のとき、水ナトしかないので25℃のまま。
差をとってみると、10ｃｍ3の違いで2.7℃の差がうまれる。
これは中和した分だけ中和熱が発生して温度が上昇するから。
簡単なグラフを描くと、水ナト50ｃｍ3のときを頂点として左右対称である。
⇒このときが中和点。
水ナト60ｃｍ3のときに35.8℃だから、これに2.7℃を足して38.5℃。
*中和点が真ん中ということは、水酸化ナトリウム水溶液と塩酸Ａの濃度は等しい。
問２：46.6℃
表を見た限りでは、水ナト80ｃｍ3が最高温度になっている。
差をとると80ｃｍ3までは10ｃｍ3ごとに10.8℃の差だが、その後は5.4℃ずつになっている。
グラフを描くと水ナト80ｃｍ3のときが頂点（中和点）で温度は46.6℃。
*中和点のとき、水ナト：塩酸Ｂ＝80：20＝４：１
これは塩酸Ｂの濃度が水酸化ナトリウム水溶液の４倍だからである。
問３：①34、②34、③40、④40.5、⑤青、⑥青、⑦緑、⑧緑、⑨370
まず、色からいきます。
【ＢＴＢ溶液：酸性―黄色、中性―緑色、アルカリ性―青色】
実験１では水ナト：塩酸Ａ＝１：１の濃度だから、
水ナト20ｃｍ3に対して塩酸Ａ100ｃｍ3の場合は酸が強い⇒酸性（黄）
⑤水ナト90ｃｍ3に対して塩酸Ａは45ｃｍ3しかない⇒アルカリ性（青）
⑥実験２より塩酸Ｂの濃度は塩酸Ａの４倍。
塩酸Ｂの５ｃｍ3は塩酸Ａの20ｃｍ3分に相当する。
合計して塩酸Ａ45ｃｍ3とみなすと、水ナト105ｃｍ3の方が勝る⇒アルカリ性（青）
⑦塩酸Ａは、110＋10×４＝150ｃｍ3で水ナト150ｃｍ3と同じ⇒中性（緑）
⑧塩酸Ｃは塩酸Ｂの1.5倍の濃さ。
塩酸Ａは、210＋10×４＋10×1.5×４＝310ｃｍ3で水ナトと同じ⇒中性（緑）
ここから温度の計算に移ります。
問１より、水ナト50ｃｍ3と塩酸50ｃｍ3の中和反応で38.5℃。
38.5－25＝13.5℃上昇する。
水ナトか塩酸Ａを基準にすると、【50ｃｍ3の反応で13.5℃上昇】。
一番上の水ナト20ｃｍ3では20ｃｍ3が中和反応するので13.5×20/50＝5.4℃上昇し、
25＋5.4＝30.4℃になると思いきや、29.5℃になっている…。
実験１では水溶液の合計体積が100ｃｍ3であったが、今回は合計体積が120ｃｍ3である。
25℃の塩酸Ａが20ｃｍ3余分にあるので、その分だけ温度が下がる。
【温度の上昇は溶液の体積に反比例する】
溶液の体積が増えると熱が分散して温度が下がる。（過去問で出題済み）
5.4℃×100ｃｍ3/120ｃｍ3＝4.5℃
25＋4.5＝29.5℃となる。
①これさえわかれば一貫して計算できる。
アルカリ性だから塩酸Ａの方が少ない。
塩酸Ａ45ｃｍ3が反応した中和熱で、溶液の体積は135ｃｍ3だから、
13.5×45/50×100/135＝９℃
25＋９＝34℃
②アルカリ性だから塩酸の方が少ない。
塩酸Ｂ５ｃｍ3は塩酸Ａ20ｃｍ3に相当するので塩酸Ａ45ｃｍ3で計算する。
水溶液の体積は、105＋25＋５＝135ｃｍ3
13.5×45/50×100/135…
①と同じ式で34℃。
③中性。水ナト150ｃｍ3は過不足なく反応する。
13.5×150/50×100/270＝15℃
25＋15＝40℃
④中性。水ナト310ｃｍ3で計算。
13.5×310/50×100/540＝15.5℃
25＋15.5＝40.5℃
ここまでの結果をまとめる。
⑨酸性だから水ナトの方が少ない。
塩酸の合計は280＋20＋５＝305ｃｍ3
水ナトの体積を□ｃｍ3とすると、□ｃｍ3分の中和熱が発生するから、
分母の□＋305を【27】とすると、分子の□は【14.8】にあたる。
これを比例式で書くと、
305ｃｍ3は135－74＝61に相当するから、
□＝305×74/61＝370ｃｍ3
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