大問Ⅰ　イオン交換膜法による水酸化ナトリウムの製造、アンモニアソーダ法、炭酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの2段階中和滴定無機化学(ナトリウム化合物の工業的製法)・理論化学(中和滴定)・難易度 標準　

1 ③（H2）

　塩化ナトリウム水溶液の電気分解では、陰極で Na+ よりも水が還元されやすく、2H2O + 2e− → H2 + 2OH− が起こる。

　したがって水素と水酸化物イオンが生じ、陰極側に NaOH がたまる。

2 ⑨（Cl2）

　陽極では水よりも塩化物イオンが酸化されやすく、2Cl− → Cl2 + 2e− が起こって塩素が発生する。

　炭素（黒鉛）電極は反応に関与しない。

3 ③（陽イオン交換膜）

　陽イオン交換膜は陽イオンだけを通し、陰イオンを通さない。

　これで仕切ると、陽極側から Na+ だけが陰極側へ移動し、Cl− や生成した Cl2 が陰極側に混ざらないので、純度の高い NaOH が得られる。この方法をイオン交換膜法という。

4 ③（CaCO3）

　アンモニアソーダ法（ソルベー法）の原料は塩化ナトリウムと石灰石 CaCO3 である。

　CaCO3 は加熱すると CaCO3 → CaO + CO2 と分解し、二酸化炭素と生石灰を与える。

5 ⓪（NH3）

　塩化ナトリウムの飽和水溶液にまずアンモニアを吸収させて塩基性にしておく。これにより次に吹き込む二酸化炭素が溶けやすくなる。

6 ④（CO2）

　CaCO3 の熱分解で発生する二酸化炭素を吹き込むと、NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl が起こる。

　炭酸水素ナトリウムは水に溶けにくいので沈殿する。

7 ⑤（NH4Cl）

　反応1で同時に生じるのは塩化アンモニウム NH4Cl である。窒素を含むので肥料に利用できる。

8 ④（Ca(OH)2）

　消石灰は水酸化カルシウム Ca(OH)2 である。

　2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O によりアンモニアを回収し、反応1に戻して再利用する。

9 ④（アンモニアソーダ法）

　アンモニアと二酸化炭素を循環させて炭酸ナトリウムをつくるこの方法をアンモニアソーダ法（ソルベー法）という。

10 ④（フェノールフタレイン溶液）

　第1中和点では Na2CO3 が NaHCO3 まで中和された状態で、液は弱い塩基性（pH 8〜9程度）である。

　変色域が塩基性側にあるフェノールフタレインを用いると、赤色から無色への変化でこの点をとらえられる。

11・12 ③・⑦（NaOH + HCl → NaCl + H2O、Na2CO3 + HCl → NaCl + NaHCO3）（順不同）

　第1中和点までには、水酸化ナトリウムの中和と、炭酸ナトリウムが炭酸水素ナトリウムに変わる第1段階の中和の2つが起こる。

　炭酸イオンは塩基としての強さが2段階で異なるため、まず CO3^2− + H+ → HCO3− だけが進む。

13 ②（メチルオレンジ溶液）

　第2中和点では生じた二酸化炭素が溶けこんで液は酸性（pH 4程度）になる。

　変色域が酸性側にあるメチルオレンジを用いると、黄色から赤色への変化でこの点をとらえられる。

14 ⓪（NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2）

　第1中和点から第2中和点までは、炭酸水素ナトリウムがすべて中和される第2段階の反応だけが起こる。

15 ⑧（7.00×10^-1）

　混合水溶液 10.0 mL 中の NaOH を x[g]、Na2CO3 を y[g] とする。

　第1中和点までに使われた HCl は 0.100 × 9.50/1000 = 9.50×10^-4 mol で、これは NaOH と Na2CO3 の物質量の和に等しいから

　　x/40.0 + y/106.0 = 9.50×10^-4

　第1中和点から第2中和点までの HCl は 0.100 × 6.00/1000 = 6.00×10^-4 mol で、これは NaHCO3、すなわちもとの Na2CO3 の物質量に等しいから

　　y/106.0 = 6.00×10^-4　∴ y = 6.36×10^-2 g

　これを上の式に代入して x/40.0 = 9.50×10^-4 − 6.00×10^-4 = 3.50×10^-4、∴ x = 1.40×10^-2 g。

　混合水溶液は 500 mL なので 50 倍して、NaOH の質量は 1.40×10^-2 × 50 = 7.00×10^-1 g となる。

16 ⓒ（3.18）

　15 で求めた y = 6.36×10^-2 g を 50 倍して、Na2CO3 の質量は 6.36×10^-2 × 50 = 3.18 g となる。