理科の実験問題において最頻出テーマの一つが、炭酸水素ナトリウム 塩酸 質量保存の法則を検証する実験です。出題パターンは「密閉容器」と「開放容器(フタを開けた状態)」の2通りに分かれます。
① 密閉容器(ふた付きペットボトル等)で反応させた場合
容器を密閉したまま薬品を混ぜ合わせると、容器の中で激しく二酸化炭素が発生して内圧が高まります。しかし、物質が外へ逃げ出せないため、反応前と反応後で全体の質量はまったく変化しません。これが質量保存の法則の直接的な証明です。
② 開放容器(ビーカー等)で反応させた場合
フタをしないビーカーで反応させると、発生した二酸化炭素が空気中へ逃げていきます。そのため、電子天びんの数値は反応前よりも反応後の方が軽くなります。
$$\text{発生した二酸化炭素の質量} = \text{反応前の全体の質量} - \text{反応後の全体の質量}$$
この関係性を用いた炭酸水素ナトリウム 塩酸 実験 グラフは、入試における超重要頻出図表です。
一定量の塩酸(例えば20.0g)に対して、加える炭酸水素ナトリウムの量を1.0g、2.0g、3.0g…と増やしていくと、発生する気体の質量は比例して増加します。しかし、ある一定の量(塩酸がすべて使い切られた時点)に達すると、それ以上炭酸水素ナトリウムを加えても気体の発生量は増えなくなり、グラフは水平に折れ曲がります。
この「グラフが折れ曲がる点(変曲点)」こそが、塩酸と炭酸水素ナトリウムが過不足なくピッタリ反応した瞬間を示しています。