受験基礎化学 23.中和滴定、滴定曲線

中和滴定

 

中和滴定とは

酸・塩基の性質を利用して、相手の濃度を求める操作のこと。

 

酸性雨の濃度を求めるとして説明してみる…

 

Kp.127-1

 

 

HとOHは必ず同じ数ずつ反応する。

つまりすでに数のわかっているOHを用いると、相手のHの数を知ることが出来る。

えっ?

もっと簡単に説明しろだと?

 

例えば、穴の中にイケメンがたくさんいるとするじゃん。

これ人数がわからない状況ね。

で、穴の外から女の子を送り込むわけよ。

「一人目。ゴー。」とか言って。

で、中で「彼氏見つけたら叫べよー。」って言ってあるから「一人目彼氏ゲットですー。」とかって女の子が叫ぶわけ。

そうやって二人目、三人目ってどんどん女の子を送り込んだら、どっかでイケメンがいなくなるじゃん。

「82人目。イケメンがいませーーーん」とかって叫んでくるわけ。

よく見るとその子は泣いてるんだけどね。

まあ、そこは重要じゃないじゃん。今回は。

そこでわかるわけさ。

「あっ、中のイケメンは81人なんだな…」ってことが。

これが中和滴定だ。

なにー?

わからない?

 

じゃあ、例えをやめてガチでいこうか。

 

 

 

滴定曲線

 

指示薬…あるpH 領域でのみ変色する試薬

 

  変色域 フェノールフタレイン(8.0 〜 9.8)

      メチルオレンジ(3.1 〜 4.4)

 

Kp.129-1

Kp.129-1

 

酸をコニカルビーカーにいれ、塩基をビュレットに入れて滴定すると、コニカルビーカー中のpHは酸性からスタートし、塩基性となる。

弱酸からスタートする場合と強酸からスタートする場合、弱塩基で終了する場合と強塩基で終了する場合を考えると全部で4通りの滴定曲線が書ける。

強酸からスタートする場合は、pHが1付近からスタートし、弱酸では4くらいからのスタートになる。

同様にゴールも強塩基では13付近になるが、弱塩基はより中性側になる。

ちょうど中和した瞬間を中和点と言い、pHの値が飛躍的に変化する。

ま、これをpH jumpって言うんだけど、それは置いといてっと。

 

ここでは指示薬のことをしっかり考えて欲しい。

指示薬は主に酸側で変色するメチルオレンジと、塩基側で変色するフェノールフタレインがある。

例えば強酸を強塩基で滴定する場合、メチルオレンジを添加しておけば、最初は赤色であるのに、中和点を過ぎた瞬間に黄色に変色する。

同様にフェノールフタレインだと、無色からスタートして赤色に変色した瞬間が中和点になる。

強酸を弱塩基で滴定する場合、フェノールフタレインでは正確な中和点がわからない。

同様に、弱酸を強塩基で滴定する場合、メチルオレンジでは中和点を知ることが出来ない。

弱酸を弱塩基で滴定する場合は、明確なpH jumpが存在しないために指示薬を用いて滴定することができない。

 

酸と塩基の組み合わせで、用いる指示薬が違うこと、また酸性からスタートするか塩基性でスタートするかで何色に変化するかが違ってくる。

何の指示薬が使えるか?

何色から何色に変化するか?

この2つをしっかり覚えてこう。

 

 

 

中和の公式

 

Kp.131-1

 

 

】酸性雨(すべてHNO3 とすると)20 mℓを0.1mol/L のNaOH で滴定したところ、25.0 mL 加えたところでちょうど中和した。酸性雨HNO3 の濃度はいくらか?

 

       a × C × V = b × C’× V’

      1 × C × 20 = 1 × 0.1 × 25

           C = 0.125     

                   0.13 mol/ L

 

 

酸を塩基、塩基を酸で中和する場合の計算問題は片っ端から、公式に突っ込んで計算するだけだ。

aCV=bCVである。

aは酸の価数だ。

HCl、HNO3、CH3COOHは1価、H2SO4、H2CO3(H2O+CO2)は2価、H3PO4は3価である。

Cは濃度でmol/L、体積はL(酸・塩基の体積をどちらも同じ単位に統一できるならmLでも構わない)である。

同様に、bは塩基の価数である。

NaOH、KOHは1価、Mg(OH)2、Ca(OH)2などは2価、Al(OH)3は3価である。

アンモニアは水中での挙動がNH4OHであるので、1価で計算しよう。

中和の公式を考えるときは電離度は一切関係ない。

強酸とか強塩基だとかそういうことを一切考えることなしに、中和の公式に代入して求めよう。

 

 

0.1 mol/Lの酢酸(電離度0.01 とする)10 m Lを、未知の濃度のNaOHで滴定したところ、15 mL を要した。NaOH の濃度は?

 

中和滴定の場合、電離度は関係ない!

       a × C × V = b × C’× V’

       1 × 0.1 × 10 = 1 × C’×15

           C’= 0.067

                    0.067 mol/L

 

この公式のときは電離は関係ないから注意すること。

中和の計算をするときに電離度はどうすればいいかなのだが、電離度を考えなければならないのは、H(OH)の濃度、pHの計算のときだけだ。

あとは電離度を考える必要はない。

 

 

中和滴定する酸と塩基の価数が違うときのpH曲線

 

 

Kp.133-1

 

この図は複雑だが、滴定のイメージがつかみやすいので載せておく。

まず、0.1mol/LのHClを0.1mol/LのNaOHで滴定したものを黒の線で示すとする。

青の線をみてみよう。

青の線は0.1mol/ LのNaOHで滴定するところは同じなのだが、酸の量(つまりH)が異なる。

酸は0.1mol/ LのH2SO4である。

つまり、2価である。

ということは、最初に入っていたHがHClのときの2倍存在していたということになる。

そのために、中和に達するための0.1mol/LのNaOHの量も、黒に比べて2倍ということになる。

 

今度は赤をみてみよう。

赤はまず、0.1mol/ LのHClからスタートしているが、滴下する塩基の価数が2価である。

つまり、黒に比べて2倍量のOHを加えていることになる。

したがって、中和点が黒、つまりNaOHのときの半分になる。

 

 

ガラス器具の使用方法          

  液を出して使用するガラス器具

共液ともえき洗い、濡れたまま使用する。

 

Kp.135-1

 

 

  液を入れることで使用するガラス器具

純水(イオン交換水)で洗い、濡れたまま使用する。

 

Kp.135-2

 

 

 

*お得な情報

aCV(L) = Hのmol 数

bC’V’(L) = OHのmol 数

 

中和滴定で使うガラス器具は、ホールピペット、メスフラスコ、ビュレット、コニカルビーカー(または三角フラスコ)がある。

それぞれがどんなものか書いてみよう。


ホールピペット 

一定体積の液を正確に量り取る器具。ストローのように液を標線まで吸い上げて、それをコニカルビーカーなどに入れる。

 

メスフラスコ 

標線まで入れるとちょうどその体積になるよっていうフラスコ。

1mol/Lのように、きっちり一定体積(例えば1L)にしたいときに使う。

 

ビュレット 

目盛りがついているコック付きの器具で、何mL滴下したかがわかる。

 

コニカルビーカー 

口が少し細くなった感じのビーカー。花瓶にしてもおしゃれ。

 

三角フラスコ 

三角の上に試験官がくっついたような感じのフラスコ。


メスシリンダー 

ノッポなビーカーみたいなヤツ。アバウトで測りたいときにだけ便利。

 

このうち、ホールピペットとビュレット、メスフラスコは正確に測れる。

三角フラスコやコニカルビーカーメスシリンダーの目盛りは気休め程度なので、実験では使えない。

 

また、ガラス器具は基本的には濡れた状態で使用することになっている。

液を出すことで使用するホールピペットとビュレットは共液(まさに今から使用しようとする液)で実験の前に濡らしておく。

液を入れて使うガラス器具であるコニカルビーカーやビュレット、メスフラスコなどは純水で濡らしておこう。

 

正確に測れるガラス器具は、加熱・乾燥してはいけない(熱膨張により体積が変わるといけないので)。自然に乾かすんだってこともあわせて覚えようね。

 

 

目盛りの読み方

 

Kp3.137-1

 

参考までに有効数字の読み方を書いておく。

有効数字はどんな場合でも、目盛りの1/10まで目分量で読まなければならない。

図のビュレットの目盛りは0.1ずつ刻んである。

したがってその1/10の0.01のケタまで読まなければならない。

図にあるように、0.5の位置に液の下の部分(メニスカス)があり、0.5と読みたくなる場合でも、0.01のケタまで、つまり0.50と読まなければならない。

ちなみにビュレットは液を滴下することで使用するガラス器具である。

従って、目盛りは上から下に向かって0、1、2と増えていくことも覚えておこう。


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