濃度が正確にわかっている のシュウ酸 標準溶液 をホールピペットでコニカルビーカーにとり、フェノールフタレイン溶液を数滴加えた。これに濃度のわからない水酸化ナトリウム 水溶液をビュレットから滴下したところ、 加えたところで溶液がうすい赤色になり、ちょうど中和した。この水酸化ナトリウム水溶液のモル濃度は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。
中和滴定と標準溶液
ホールピペット・メスフラスコによる希釈と、シュウ酸標準溶液による塩基の濃度の決定を含めて、滴定の結果から未知の濃度を求められる
前提
- 中和の量的関係 （高校化学 酸と塩基）
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- 原子・分子と化学式 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- イオンと電離・電解質 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 酸・アルカリと中和・指示薬 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 酸・塩基の価数と強弱 （高校化学 酸と塩基）
- ちょうど中和する体積 （中学理科 化学変化とイオン）
- 原子量・分子量・式量 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 物質量と質量・粒子の数 （高校化学 物質量と化学反応式）
- モル濃度 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 中和の量的関係 （高校化学 酸と塩基）
説明
中和滴定は、濃度が正確にわかっている酸（または塩基）の水溶液を使って、濃度のわからない塩基（または酸）の水溶液の濃度を実験で決める方法です。この技能では、正確な濃度の溶液（標準溶液）を固体から作る計算、ホールピペット・メスフラスコで希釈したときの濃度の変化、そしてビュレットの滴下量から未知の濃度を求める計算をひとまとまりで扱えるようになります。水酸化ナトリウム水溶液の濃度をシュウ酸標準溶液で決める実験や、食酢の酸の濃度を求める実験などで使います。
なぜそうしてよいのか
中和滴定で使う器具は、それぞれ「正確な量」を担当しています。メスフラスコは決まった体積（例えば 100 mL）の溶液を正確に作る器具、ホールピペットは決まった体積（例えば 10.0 mL）の溶液を正確にはかり取る器具、ビュレットは滴下した体積を目盛りで正確に読む器具です。指示薬の色が変わった点（終点）で酸と塩基がちょうど中和したとみなせば、前提の技能の がそのまま使えます。
では「濃度が正確にわかっている溶液」はどう作るのでしょうか。水酸化ナトリウムの固体は空気中の水分や二酸化炭素を吸ってしまうため、はかった質量が正確な物質量を表しません。一方、シュウ酸二水和物 は空気中で安定な結晶なので、質量をはかれば物質量が正確に決まります。これをメスフラスコで決まった体積に溶かせば、正確な濃度のシュウ酸水溶液（標準溶液）ができます。このとき、結晶の質量は水和水を含めたモル質量（ なら 126 g/mol）で割ります。溶けたあとは水和水は溶媒の水の一部になり、溶質はシュウ酸 （2 価の酸）として働きます。
希釈では、ホールピペットで取った溶液に含まれる溶質の物質量は、水を加えても変わりません。そのため希釈前後で が成り立ち、例えば 10.0 mL を取ってメスフラスコで 100 mL にすれば濃度は になります。滴定で求めた濃度が希釈後のものなら、最後に希釈倍率をかけてもとの濃度に戻します。
手順
標準溶液の濃度を求める：結晶の質量を（水和水を含む）モル質量で割って物質量を出し、メスフラスコの体積で割る（）
希釈があれば、物質量が変わらないことから で希釈後の濃度を求める
ホールピペットで取った体積とビュレットの滴下量を確認し、終点で を立てて未知の濃度を求める
滴定したのが希釈後の溶液なら、希釈倍率をかけてもとの溶液の濃度に戻し、指定された有効数字に丸める
例題
シュウ酸二水和物 の結晶 0.630 g を水に溶かし、メスフラスコを使って全体を正確に 100 mL とした。この水溶液 10.0 mL をホールピペットでコニカルビーカーにはかり取り、フェノールフタレインを加えて濃度不明の水酸化ナトリウム水溶液をビュレットから滴下したところ、12.5 mL 加えたところで溶液がうすい赤色になった（ちょうど中和した）。この水酸化ナトリウム水溶液のモル濃度は何 mol/L か。有効数字 3 桁で求めよ。ただし、原子量は 、、 とする。
例題の解答
手順 1： のモル質量は g/mol。物質量は mol。これを 100 mL L にしたので、シュウ酸の濃度は
手順 2：この問題では、標準溶液を作ったあとの希釈はない（10.0 mL をそのまま滴定している）。
手順 3：シュウ酸は 2 価の酸、水酸化ナトリウムは 1 価の塩基。水酸化ナトリウム水溶液の濃度を mol/L とすると、体積を mL でそろえて
左辺は なので mol/L。
手順 4：希釈していないので、そのまま有効数字 3 桁で mol/L。
答え:
よくある誤り
シュウ酸二水和物の物質量を、水和水を除いた のモル質量 90 g/mol で計算してしまう誤り。 mol としてしまうが、正しくは結晶 1 mol あたり 126 g なので mol。
希釈した溶液で求めた濃度を、そのままもとの溶液の濃度としてしまう誤り。例えば食酢 10.0 mL を 100 mL に薄めて滴定し mol/L と出たとき、それを食酢の濃度としてしまうが、正しくは 10 倍して mol/L。
希釈倍率を逆にしてしまう誤り。10.0 mL を 100 mL に薄めた溶液の濃度を としてしまうが、正しくは より 。
シュウ酸の価数を 1 としてしまう誤り。 として mol/L としてしまうが、正しくは は 2 価なので mol/L。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
市販の食酢をホールピペットで とり、メスフラスコに入れて純水を加え、全体を正確に にした。このうすめた水溶液 をコニカルビーカーにとり、フェノールフタレインを指示薬として濃度 の水酸化ナトリウム水溶液で滴定したところ、中和点までに を要した。
もとの食酢中の酢酸 のモル濃度は何 か。有効数字 桁で答えよ。ただし、食酢中で水酸化ナトリウムと反応する酸は酢酸だけであるものとする。
濃度が正確にわからない水酸化ナトリウム水溶液を用いて、次の操作 1・2 を行った。
操作 1: シュウ酸二水和物 の結晶 を純水に溶かし、メスフラスコを用いて全体を正確に にした。このシュウ酸水溶液 をホールピペットでとり、フェノールフタレインを指示薬として水酸化ナトリウム水溶液で滴定したところ、中和点までに を要した。
操作 2: 濃度未知の希硫酸 をホールピペットでとり、同じ水酸化ナトリウム水溶液で滴定したところ、中和点までに を要した。
この希硫酸のモル濃度は何 か。有効数字 桁で答えよ。ただし、原子量は 、、 とする。
濃度が正確にわからない水酸化ナトリウム水溶液を使って、食酢に含まれる酢酸の濃度を調べる実験を行った。
実験 1: シュウ酸二水和物 の結晶 を純水に溶かし、メスフラスコで全体を正確に にした。この水溶液 をホールピペットでとり、フェノールフタレインを指示薬として水酸化ナトリウム水溶液で滴定したところ、終点までに を要した。
実験 2: 食酢を純水で正確に 10 倍にうすめた。このうすめた水溶液 をホールピペットでとり、フェノールフタレインを指示薬として実験 1 と同じ水酸化ナトリウム水溶液で滴定したところ、終点までに を要した。
うすめる前の食酢中の酢酸 のモル濃度は何 mol/L か。有効数字 3 桁で求めよ。ただし、原子量は , , とし、食酢に含まれる酸は酢酸だけとする。
この技能の次に学べること
- 逆滴定 （高校化学 酸と塩基）
- 酸化還元滴定の濃度計算 （高校化学 酸化還元と電池・電気分解）