この教材で学ぶこと
到達目標
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中和滴定の目的を説明できる
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中和点で酸と塩基が過不足なく反応することを理解できる
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酸と塩基の価数を考慮して計算できる
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滴定曲線と指示薬の基本を理解できる
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ビュレット・ホールピペット・メスフラスコの役割を説明できる
前提知識
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酸・塩基
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中和反応
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モル濃度
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物質量 mol
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化学反応式と量的関係
1
中和滴定とは
中和滴定とは、濃度が分かっている酸または塩基の水溶液を使って、濃度が分からない塩基または酸の濃度を求める実験です。
酸と塩基が中和するときの量的関係を利用します。
中和点では、酸から出る H⁺ の物質量と、塩基から出る OH⁻ の物質量が等しくなります。
中和滴定では、ビュレットから少しずつ標準液を加え、指示薬の色の変化などで終点を判断します。
確認ポイント
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中和滴定が未知濃度を求める実験であることを説明できる
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中和点でH⁺とOH⁻が過不足なく反応することを理解できる
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2
中和点と終点
中和点とは、酸と塩基が化学反応式どおりに過不足なく反応した点です。
終点とは、実験で指示薬の色の変化などによって滴定を止める点です。
理想的には中和点と終点が一致するのが望ましいです。
実際には、指示薬の変色範囲などの影響で、完全に一致しないこともあります。
そのため、反応に合った指示薬を選ぶことが重要です。
中和点と終点
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用語
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意味
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中和点
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酸と塩基が過不足なく反応した理論上の点
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終点
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指示薬の色の変化などで実験的に判断する点
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確認ポイント
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中和点と終点を区別できる
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指示薬で終点を判断することを説明できる
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3
中和滴定の基本式
中和滴定では、酸が出すH⁺の物質量と、塩基が出すOH⁻の物質量が等しくなることを使います。
酸の価数をa、酸のモル濃度をc、体積をVとすると、酸が出すH⁺の物質量は a×c×V です。
塩基の価数をb、塩基のモル濃度をc'、体積をV'とすると、塩基が出すOH⁻の物質量は b×c'×V' です。
中和点では、この2つが等しくなります。
注意：体積はLでもmLでも、両辺で同じ単位なら計算できます。
注意：ただし、物質量を直接求めるときはLに直す習慣をつけると安全です。
確認ポイント
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中和滴定の基本式を使える
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酸と塩基の価数を考慮できる
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一価酸・一価塩基ではcV = c'V'になることを理解できる
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4
酸と塩基の価数
中和滴定では、酸や塩基が何個のH⁺やOH⁻を出すかが重要です。
塩酸 HCl は1分子からH⁺を1個出すので一価の酸です。
硫酸 H₂SO₄ は1分子からH⁺を2個出せるので二価の酸です。
水酸化ナトリウム NaOH はOH⁻を1個出すので一価の塩基です。
水酸化カルシウム Ca(OH)₂ はOH⁻を2個出せるので二価の塩基です。
代表的な酸・塩基の価数
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物質
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化学式
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価数
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理由
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塩酸
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HCl
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1価の酸
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H⁺を1個出す
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硝酸
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HNO₃
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1価の酸
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H⁺を1個出す
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硫酸
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H₂SO₄
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2価の酸
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H⁺を2個出せる
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水酸化ナトリウム
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NaOH
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1価の塩基
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OH⁻を1個出す
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水酸化カリウム
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KOH
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1価の塩基
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OH⁻を1個出す
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水酸化カルシウム
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Ca(OH)₂
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2価の塩基
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OH⁻を2個出せる
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確認ポイント
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代表的な酸と塩基の価数を答えられる
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価数が中和計算に関係することを理解できる
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5
一価酸と一価塩基の滴定
HClとNaOHのような一価酸と一価塩基の中和では、HClとNaOHは1:1のmol比で反応します。
この場合、中和点では酸の物質量と塩基の物質量が等しくなります。
そのため、cV = c'V' を使って計算できます。
最も基本的な中和滴定の形なので、まずここを確実にしましょう。
塩酸と水酸化ナトリウム
HCl + NaOH → NaCl + H₂O
HCl : NaOH = 1 : 1 で反応します。
例題：0.100 mol/L のHCl 20.0 mLを中和するのに、NaOH水溶液 25.0 mLを要した。NaOHのモル濃度を求めなさい。
答え：0.0800 mol/L
HClとNaOHは1:1で反応します。0.100×20.0 = c×25.0 より、c = 0.0800 mol/Lです。
確認ポイント
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一価酸と一価塩基の1:1反応を使える
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cV = c'V'で濃度を求められる
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6
二価の酸・塩基が関係する滴定
硫酸 H₂SO₄ や水酸化カルシウム Ca(OH)₂ のように、2価の酸・塩基が関係する場合は、価数を考える必要があります。
たとえば、H₂SO₄はH⁺を2個出せるため、NaOHとは 1 : 2 のmol比で反応します。
このとき、酸のmol数と塩基のmol数が等しいわけではありません。
H⁺のmol数とOH⁻のmol数が等しくなるように考えます。
硫酸と水酸化ナトリウム
H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
H₂SO₄ : NaOH = 1 : 2 です。
塩酸と水酸化カルシウム
2HCl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2H₂O
HCl : Ca(OH)₂ = 2 : 1 です。
例題：0.100 mol/L のH₂SO₄ 10.0 mLを完全に中和するには、0.100 mol/L のNaOHは何 mL必要か。
答え：20.0 mL
H₂SO₄は2価の酸なので、NaOHは2倍のmolが必要です。同じ濃度なら体積も2倍になり、20.0 mL必要です。
確認ポイント
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二価の酸・塩基では価数を考慮できる
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反応式の係数から必要量を判断できる
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7
指示薬
中和滴定では、中和の終点を判断するために指示薬を使うことがあります。
指示薬は、pHによって色が変化する物質です。
代表的な指示薬には、フェノールフタレイン、メチルオレンジ、メチルレッドなどがあります。
酸と塩基の強弱によって、適した指示薬が変わります。
代表的な指示薬
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指示薬
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酸性側
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塩基性側
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よく使う場面
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フェノールフタレイン
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無色
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赤色
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強酸と強塩基、弱酸と強塩基
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メチルオレンジ
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赤色
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黄色
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強酸と弱塩基など
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メチルレッド
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赤色
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黄色
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酸性側の変色を見たい場合
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注意：フェノールフタレインは塩基性側で赤色になります。
注意：指示薬は、滴定曲線の急激にpHが変化する範囲に合うものを選びます。
確認ポイント
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代表的な指示薬と色の変化を答えられる
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反応に合った指示薬を選ぶ必要があることを理解できる
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8
滴定曲線
滴定曲線とは、滴定で加えた溶液の体積とpHの変化を表したグラフです。
中和点付近では、pHが急激に変化します。
強酸と強塩基の滴定では、中和点付近でpHが大きく変化し、pH 7 付近を通ります。
弱酸と強塩基、強酸と弱塩基では、中和点のpHが7からずれることがあります。
指示薬は、この急激なpH変化の範囲に合うものを選びます。
滴定曲線の特徴
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滴定の種類
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中和点付近の特徴
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指示薬の例
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強酸 + 強塩基
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pH 7付近で急変
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フェノールフタレイン、メチルオレンジなど
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弱酸 + 強塩基
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中和点は塩基性側
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フェノールフタレイン
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強酸 + 弱塩基
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中和点は酸性側
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メチルオレンジなど
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確認ポイント
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滴定曲線がpH変化を表すグラフであることを説明できる
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中和点付近でpHが急変することを理解できる
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中和点のpHが酸・塩基の強弱で変わることを知る
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9
中和滴定の器具
中和滴定では、正確な体積を測るために専用の器具を使います。
ビュレットは、滴下した液体の体積を正確に測るために使います。
ホールピペットは、一定体積の溶液を正確に取るために使います。
メスフラスコは、決まった濃度の水溶液を正確に調製するために使います。
三角フラスコは、滴定される溶液を入れて反応させる容器として使います。
中和滴定で使う器具
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器具
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役割
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ビュレット
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滴下した標準液の体積を測る
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ホールピペット
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一定体積の試料溶液を正確に取る
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メスフラスコ
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一定体積の溶液を正確に調製する
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三角フラスコ
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試料溶液を入れて滴定する
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駒込ピペット
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指示薬を数滴加える
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注意：ビュレットやホールピペットは精密な体積測定に使います。
注意：メスシリンダーは便利ですが、滴定用の正確な測定には向かない場合があります。
確認ポイント
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滴定で使う器具の名前と役割を説明できる
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ビュレットとホールピペットの違いを理解できる
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10
実験操作で注意すること
中和滴定では、少しの操作ミスが濃度の計算結果に影響します。
ビュレットの目盛りは、液面の下端を水平に読めるようにします。
終点付近では、1滴ずつゆっくり加えます。
三角フラスコの内壁についた液は、純水で洗い落としても、溶質の量は変わらないため問題ありません。
ただし、ホールピペットやビュレットの内部を水で濡れたまま使うと、溶液が薄まる可能性があります。
滴定操作の注意
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操作
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注意点
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ビュレットの読み取り
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液面の下端を読む
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終点付近
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1滴ずつ加える
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三角フラスコの内壁
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純水で洗い落としてよい
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ホールピペット
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使用する溶液で共洗いする
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ビュレット
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使用する標準液で共洗いする
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確認ポイント
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滴定操作で誤差が出やすい点を説明できる
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共洗いの意味を理解できる
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三角フラスコ内壁を純水で洗ってよい理由を説明できる
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11
中和滴定の例題
中和滴定の問題では、酸と塩基の価数、濃度、体積を整理することが重要です。
一価酸と一価塩基なら cV = c'V' を使いやすいですが、二価の酸や塩基が出る場合は反応式や価数を必ず確認しましょう。
例題：0.100 mol/L のNaOH水溶液 20.0 mLを中和するのに、HCl水溶液 25.0 mLを要した。HClの濃度を求めなさい。
答え：0.0800 mol/L
HClとNaOHは1:1で反応します。c×25.0 = 0.100×20.0 より、c = 0.0800 mol/Lです。
例題：0.0500 mol/L のH₂SO₄ 20.0 mLを中和するのに必要な0.100 mol/L NaOHは何 mLか。
答え：20.0 mL
H₂SO₄は2価の酸です。H⁺のmolは2×0.0500×20.0。NaOHは1価なので、0.100×V = 2×0.0500×20.0 より、V = 20.0 mLです。
例題：フェノールフタレインは酸性側と塩基性側で何色か。
答え：酸性側で無色、塩基性側で赤色
フェノールフタレインは中和滴定でよく使う指示薬で、塩基性側で赤色を示します。
確認ポイント
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中和滴定の計算ができる
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酸・塩基の価数を考慮できる
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指示薬と実験器具の基本を説明できる
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