中和滴定の指示薬と滴定曲線について述べた文として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。
- ア フェノールフタレインの変色域は、pH 7 より塩基性側にある。
- イ メチルオレンジは、変色域より塩基性側では赤色を示す。
- ウ 酢酸水溶液を水酸化ナトリウム水溶液で滴定するとき、指示薬にはフェノールフタレインが適している。
- エ アンモニア水を塩酸で滴定するとき、指示薬にはフェノールフタレインが適している。
- オ 塩酸を水酸化ナトリウム水溶液で滴定すると、中和点の付近で pH が急激に大きく変化する。
指示薬の変色域と滴定曲線
フェノールフタレイン・メチルオレンジの変色域と色を知り、酸・塩基の強弱の組み合わせから滴定曲線の特徴と使える指示薬を判定できる
前提
- 塩の水溶液の液性 （高校化学 酸と塩基（知識））
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説明
中和滴定では、指示薬の色が変わったところを中和点（酸と塩基がちょうど過不足なく反応した点）とみなします。そのためには、中和点の近くで色が変わる指示薬を選ばなければなりません。この技能では、フェノールフタレインとメチルオレンジの変色域（色が変わる pH の範囲）と色を知り、滴定する酸・塩基の強弱の組み合わせから、滴定曲線（加えた量と pH の関係のグラフ）の特徴と、使える指示薬を判定できるようになります。
なぜそうしてよいのか
指示薬は、ある pH の範囲で色が変わる物質で、その範囲を変色域といいます。
・フェノールフタレイン：変色域は pH 約 8.0〜9.8。酸性側では無色、塩基性側では赤色（赤紫色）。
・メチルオレンジ：変色域は pH 約 3.1〜4.4。酸性側では赤色、塩基性側では黄色（変色域では橙色）。
どちらも、変色域が pH 7 ちょうどではない点が大切です。
滴定曲線は、たとえば酸の水溶液に塩基を少しずつ加えていったときの pH の変化を表したグラフです。中和点の近くでは、わずか 1 滴ほどで pH が急に大きく変わる部分（pH の飛躍）があり、グラフはほぼ垂直に立ち上がります。この垂直な部分の pH の範囲に変色域が入っている指示薬なら、1 滴の差で色が変わるので、中和点を正確に知ることができます。
垂直な部分の位置は、中和点でできる塩の水溶液の液性で決まります。強酸＋強塩基（例： と ）では中和点は中性（pH 7 付近）で、垂直な部分は pH 約 3〜11 と広いので、フェノールフタレインもメチルオレンジも使えます。弱酸＋強塩基（例： を で滴定）では、中和点でできる が加水分解して塩基性を示すので、垂直な部分は塩基性側（pH 約 7〜11）にかたより、フェノールフタレインが適し、メチルオレンジは使えません。強酸＋弱塩基（例： を 水で滴定）では、中和点でできる が酸性を示すので、垂直な部分は酸性側（pH 約 3〜7）にかたより、メチルオレンジが適し、フェノールフタレインは使えません。弱酸＋弱塩基では、はっきりした垂直な部分が現れないので、指示薬で中和点を決める滴定には向きません。
手順
滴定する酸と塩基のそれぞれが強いか弱いかを判定する（強酸：・・、強塩基：・ など。 は弱酸、 は弱塩基）。
中和点でできる塩の水溶液の液性を判定する。強酸＋強塩基 → 中性、弱酸＋強塩基 → 塩基性、強酸＋弱塩基 → 酸性。
滴定曲線の垂直な部分（pH の飛躍）の位置を決める。中性なら pH 約 3〜11 と広い、塩基性なら塩基性側（約 7〜11）、酸性なら酸性側（約 3〜7）。弱酸＋弱塩基でははっきりした飛躍がない。
垂直な部分に変色域が入る指示薬を選ぶ。フェノールフタレイン（pH 約 8.0〜9.8、無色 ⇄ 赤）、メチルオレンジ（pH 約 3.1〜4.4、赤 ⇄ 黄）。
必要なら、終点での色の変化を答える。例：酸に塩基を加えるとき、フェノールフタレインは無色 → 赤色、メチルオレンジは赤色 → 黄色（橙黄色）に変わる。
例題
濃度のわからない酢酸水溶液に、濃度のわかっている水酸化ナトリウム水溶液を滴下して中和滴定を行う。中和点の水溶液の液性と、この滴定に適した指示薬の組み合わせとして正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア 液性：酸性 指示薬：メチルオレンジ
イ 液性：塩基性 指示薬：メチルオレンジ
ウ 液性：酸性 指示薬：フェノールフタレイン
エ 液性：塩基性 指示薬：フェノールフタレイン
例題の解答
手順 1：酢酸 は弱酸、水酸化ナトリウム は強塩基。
手順 2：中和点では ができ、弱酸＋強塩基の正塩なので、 により塩基性を示す。
手順 3：滴定曲線の垂直な部分は塩基性側（pH 約 7〜11）にかたよる。
手順 4：変色域が pH 約 8.0〜9.8 のフェノールフタレインはこの範囲に入るので適する。変色域が pH 約 3.1〜4.4 のメチルオレンジは中和点よりずっと前に色が変わってしまうので適さない。
よって、液性は塩基性、指示薬はフェノールフタレインで、答えはエ。
答え: エ
よくある誤り
中和点はいつも中性（pH 7）だとしてしまう誤り。正しくは、中和点の液性はできる塩で決まり、 と の中和点は塩基性、 と の中和点は酸性になる。
フェノールフタレインやメチルオレンジは pH 7 で色が変わるとしてしまう誤り。正しくは、フェノールフタレインの変色域は pH 約 8.0〜9.8、メチルオレンジの変色域は pH 約 3.1〜4.4 である。
フェノールフタレインとメチルオレンジの色を取り違える誤り。正しくは、フェノールフタレインは酸性側で無色・塩基性側で赤色、メチルオレンジは酸性側で赤色・塩基性側で黄色である（フェノールフタレインが酸性で赤くなることはない）。
強酸＋弱塩基の滴定（例： を 水で滴定）にフェノールフタレインを使ってしまう誤り。正しくは、垂直な部分が酸性側（pH 約 3〜7）にあり、変色域 pH 約 8.0〜9.8 は入らないので、メチルオレンジを使う。
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
次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。
酢酸水溶液を水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定すると、中和点で生じる塩の水溶液は加水分解によって a を示す。そのため、滴定曲線の pH が急激に変化する部分は a 側にかたよる。この滴定の指示薬としては、変色域がこの急激な変化の部分に含まれる b が適している。
a b ア 酸性 メチルオレンジ イ 塩基性 フェノールフタレイン ウ 塩基性 メチルオレンジ エ 酸性 フェノールフタレイン 中和滴定の指示薬と滴定曲線について述べた次の文のうち、正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、水溶液の濃度はいずれも 程度とする。
- ア アンモニア水に塩酸を滴下して中和点を求めるとき、指示薬としてフェノールフタレインが適する。
- イ 酢酸水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を滴下して中和点を求めるとき、指示薬としてフェノールフタレインが適する。
- ウ メチルオレンジの変色域は酸性側にあり、変色域より pH が大きい水溶液中では赤色を示す。
- エ 塩酸に水酸化ナトリウム水溶液を滴下して中和点を求めるとき、指示薬としてフェノールフタレインとメチルオレンジのどちらを用いてもよい。
- オ 酢酸水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を滴下したとき、中和点の水溶液は弱い酸性を示す。
次のア〜カの中和滴定のうち、指示薬としてフェノールフタレインとメチルオレンジのどちらを用いても中和点を正しく求めることができるものを、すべて選べ。ただし、温度は とし、用いる酸・塩基の水溶液の濃度はいずれも 程度とする。
- ア 塩酸を水酸化ナトリウム水溶液で滴定する。
- イ 酢酸水溶液を水酸化ナトリウム水溶液で滴定する。
- ウ アンモニア水を塩酸で滴定する。
- エ 水酸化バリウム水溶液を硝酸で滴定する。
- オ 水酸化カリウム水溶液を硫酸で滴定する。
- カ 酢酸水溶液をアンモニア水で滴定する。