炭酸カルシウムと塩酸の反応について

質問

高校の化学の授業で炭酸カルシウム1ｇと３ｍｏｌの塩酸10mlを反応させどのくらいの二酸化炭素が発生するかを求めよ。という実験をしました
レポートをまとめないといけないのですが計算方法が分かりません。
教えていただけると助かります

回答No.2

nious

HCl と CaCO3 の反応は常に 2：1 の物質量比で反応する訳では無く、塩酸の濃度 (HCl の物質量) に依存します。

(i) 2HCl + CaCO3(固) → CaCl2 + CO2 + H2O
(ii) HCl + CaCO3(固) → Ca^2+ + HCO3^- + Cl^-
(iii) CaCO3(固) → Ca^2+ + CO3^2-

塩酸の濃度が高いと (i) の反応が優勢。
低いと (ii) の反応が優勢。
非常に低いと (iii) の反応が優勢。(HCl は殆ど反応しない)
反応する 物質量比 が 塩酸の濃度 で変化する事に為ります。

塩酸を薄くすると 物質量比：CaCO3 / HCl が 1/2 から 1 へと次第に変化していき、非常に薄いと 物質量比 は１を超えてしまいます。
その原因は CaCO3 が難溶塩で 溶解度積：Ksp が関わる反応だからです。
溶液の体積を１.0 (L) として体積変化を無視すると、

加えた HCl (mol)｜溶けた CaCO3 (mol)｜物質量比｜溶けたときの pH
3.0｜1.50｜0.50｜4.0
1.0｜0.50｜0.50｜4.5
0.10｜0.053｜0.52｜5.5
0.030｜0.018｜0.59｜6.0
0.010｜0.0071｜0.71｜6.5
0.0010｜0.00099｜0.99｜8.0
0.00010｜0.00017｜1.7｜9.6
0.000010｜0.00013｜13｜9.9

3.0(M)ー塩酸 10(ml) に溶ける CaCO3 は 1.50＊(10/1000)＊100.1＝1.50(g)＞1.0 (g) より 1.0(g) の CaCO3 は全て溶ける事が分かります。
HCl の物質量が十分にあっても溶液の体積が大きく塩酸の濃度が小さいと CaCO3 は 2：1 で反応しません。

※ 溶液中の全ての化学種の活量係数を１とし、
CO2 の pK1＝6.35、pK2＝10.33。
Ksp＝4.7＊10^(-9) トして概算した。
溶解平衡：CaCO3(固) ⇔ Ca^2+ + CO3^2-
物質収支：[Ca^2+]＝[CO2]＋[HCO3^-]＋[CO3^2-]＝s(M)
溶解度積：[Ca^2+][CO3^2-]＝s＊{s＊K1K2/([H^+]^2＋K1[H^+]＋K1K2)}＝Ksp
CaCO3 の溶解度：s＝√{Ksp＊([H^+]^2＋K1[H^+]＋K1K2)/(K1K2)}
プロトン均衡：[H^+]＋2[CO2]＋[HCO3^-]＝[Cl^-]＋[OH^-]
[H^+]^2＊{1＋(2[H^+]＋K1)＊√{Ksp/{K1K2＊([H^+]^2＋K1[H^+]＋K1K2)}}}ー[Cl^-]＊[H^+]ーKw＝0
上の方程式を解き [H^+] を得て pH 及び s を求めている。

回答No.1

lived_in_room13

ヒントだけ

１）まずは、反応式を求める。これによって例えば、１モルの炭酸カルシウムに対して、２モルも塩酸が反応するなどがわかる。

２）炭酸カルシウム1ｇに何モルの炭酸カルシウムがあるか求める。

３）３ｍｏｌの塩酸10mlに何モルの塩酸があるか求める。

（１）～（３)で、何モルの二酸化炭素が発生したかわかるはずです。