化学・酸・塩基/原理と探求
中和滴定の解説
濃度を知っている塩基で酸を中和すると、反応に使用された体積中の酸の濃度を推定できます。塩酸サンプルと標準水酸化ナトリウム溶液を使用して、pH変化と指示薬の色を比較してみてください。化学量論で定める当量点と指示薬で判断する終点の差を調べる適正実験です。
どのような原理？
25℃でKw=10⁻¹⁴です。当量点ｐＨは７であり、過剰モル数を総体積で割った濃度と水の自動イオン化を合わせて当量点のすぐ隣も計算します。酸濃度推定はc塩基V終末/V酸です。
重要な関係
D=(n酸−n塩基)/V全体・[H⁺]−Kw/[H⁺]=D
観察してみよう
- ビュレットとドロップボタンでNaOHを追加します。指示薬を変えて色と終末体積を比較します。濃度入力は未知濃度推定の正解を変える学習用の基準値です。
- 基準濃度0.1mol/L、HCl 25mLでNaOH 0、24.9、25.0、25.1mLをそれぞれ実行・記録します。
- 24.9mLで指示薬のみを変えた値と、NaOH 25mLで標準濃度のみ0.20mol/Lに変えた値を記録します。
結果を読み解く
当量点と指示薬の終点は、常に一致する？
当量点はn(H⁺)=n(OH⁻)の点です。終点は観察する変色基準であり、指示薬によって異なります。曲線は指示薬を変えても同じです。
モデルの仮定と限界
25℃一価強酸HCl・強塩基NaOH、完全解離・体積加算・活動度1を仮定します。炭酸吸収・混合遅延・滴サイズ誤差は除きます。変色範囲は教育用の代表値であり、終点は範囲中間pH（9.10または3.75）で定義したモデルです。実際の肉眼の終点とは異なる場合があります。指示薬はpHを変えません。