水酸化ナトリウムの炭酸ガスによる中和！

質問

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。

回答No.3

rei00 · ベストアンサー

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↓

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。

回答No.5

rei00

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。

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・・・

回答No.4

loveobo

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」

回答No.2

taka113

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。

回答No.1

rei00

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。