中和と滴定
0.100 Mの塩酸25.00 mLに0.100 Mの水酸化ナトリウム水溶液を加えていくと、24.9 mLから25.1 mLの間でpHが3.70から10.30へ跳ね上がります。
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酸と塩基が出合うと、酸のオキソニウムイオンと塩基の水酸化物イオンが結びついて水になります。H₃O⁺ + OH⁻ → 2H₂Oです。残りのイオンは塩として残ります。塩酸と水酸化ナトリウムからは塩化ナトリウムと水ができ、HCl + NaOH → NaCl + H₂Oとなります。硫酸は放出できる陽子を2個持つので、水酸化ナトリウムが2単位必要です。H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂Oです。このような反応を中和といいます。
胃の中の制酸剤
胃の中には約0.03 Mの塩酸を含む液があり、食べ物の消化を助けています。これだけでpHは約1.5になります。この酸の一部が、酸から守られていない食道の内側へ逆流すると、胸やけが起こります。制酸剤は、余分な酸を中和する塩基です。マグネシア乳は水酸化マグネシウムの懸濁液で、Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂Oと反応します。Mg(OH)₂ 1単位でHCl 2単位を中和します。OpenStaxによると、マグネシウム系の制酸剤には便をゆるくする作用があり、水酸化アルミニウムは便秘を起こしやすいため、両方を組み合わせた製品もあります。これは一般的な情報であり、医学的な助言ではありません。
滴定：未知の酸を測る
中和を利用すると、濃度を測ることができます。滴定では、濃度の分かっている溶液（滴定剤）をビュレットから少しずつ、体積を量った未知の溶液に加え、反応式どおりの比でちょうど反応するまで続けます。その時点が当量点です。0.100 MのHCl 25.00 mLには0.100 × 0.02500 = 0.00250 molの酸が含まれるので、中和にはちょうど0.00250 molのNaOH、つまり0.100 MのNaOH 25.00 mLが必要です。
塩基を加えながら、実験でpHの変化を見てみましょう。はじめはゆっくり上がり、20.0 mL加えてもまだ1.95です。ところが当量点の近くで急上昇します。24.9 mLから25.1 mLまで、わずか数滴の差で、pHは3.70から10.30に跳ね上がります。強酸と強塩基の場合、塩化ナトリウムは水と反応しないので、当量点はpH 7.00です。その後のpHは余った水酸化物イオンで決まり、上がり方が緩やかになって、50.0 mLで12.52に達します。
弱酸と指示薬の選び方
実験を酢酸に切り替えてみましょう。曲線はpH 2.87と高い位置から始まり、より緩やかに上がります。当量点までの半分、12.50 mLでは酸の半分が酢酸イオンになっていて、pHはpKaに等しく約4.74です。当量点では容器に酢酸ナトリウムがあり、酢酸イオンは弱塩基なので、pHは7ではなく8.72になります。これが指示薬の選択に関わります。8.3から10で変色するフェノールフタレインは、どちらの曲線でも急な部分にかかります。メチルオレンジは、酢酸では最初の数ミリリットルで早すぎる変色をするため、誤った結果になります。
| 加えたNaOH（mL） | pH（0.100 M HCl） | pH（0.100 M 酢酸） |
|---|---|---|
| 0.0 | 1.00 | 2.87 |
| 12.5 | 1.48 | 4.74 |
| 24.9 | 3.70 | 7.14 |
| 25.0 | 7.00 | 8.72 |
| 25.1 | 10.30 | 10.30 |
| 50.0 | 12.52 | 12.52 |
- HCl + NaOH → ? + H₂O。できる塩はどれですか？
- NaCl
- NaH
- ClOH
- Na₂O
- 0.100 MのHCl 25.00 mLには、HClが何mol含まれていますか？
- 0.100 MのHCl 25.00 mLを中和するのに必要な0.200 MのNaOHは何mLですか？
- HCl 20.00 mLの中和に0.100 MのNaOHが16.00 mL必要でした。HClの濃度は何Mですか？
- HClをNaOHで滴定したときの当量点のpHはいくらですか？
- 酢酸をNaOHで滴定したとき、当量点が7より上になるのはなぜですか？
- 酢酸イオンが弱塩基だから
- 酢酸が強酸だから
- NaOHが弱塩基だから
- 水が沸騰するから
- 酢酸の滴定に適した指示薬はどれですか？
- フェノールフタレイン
- メチルオレンジ
- どれも使えない
- どの指示薬でもよい
- 0.010 molのMg(OH)₂は、HClを何mol中和しますか？
- 弱酸の滴定の半当量点では、pHは何に等しくなりますか？
- その酸のpKa
- 7
- 14
- pKw
- 胃酸はおよそ0.03 MのHClです。pHを小数第1位まで求めるといくらですか？
- 中和：酸 + 塩基 → 塩 + 水。正味の反応はH₃O⁺ + OH⁻ → 2H₂Oです。
- 滴定では、当量点までに加えた滴定剤の体積から未知の濃度を求めます。
- 強酸と強塩基では当量点はpH 7.00です。弱酸と強塩基では7より上（酢酸では8.72）なので、フェノールフタレインを選びます。
このコースの出典 (10)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 4.2 neutralization and antacids (stomach roughly 0.03 M HCl, milk of magnesia Mg(OH)2, Al(OH)3)
- 14.1 Brønsted-Lowry acids and bases (Boyle 1680, Davy 1815, Arrhenius 1884, Brønsted and Lowry 1923, autoionization about two in a billion molecules, Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ at 25 °C, about 5.6 × 10⁻¹³ at 100 °C)
- 14.2 pH and pOH (pH = −log[H3O+], stomach acid 1.2 × 10⁻³ M gives 2.92, vinegar about 4 × 10⁻³ M gives 2.4, blood 7.3, KOH 0.0125 M gives 12.10, neutral pH 6.31 at 80 °C, rainwater 5 to 6, acid rain below 5, pH meter resolution 0.001, Figure 14.2: 1 M HCl 0, gastric juice about 1.5, lime juice about 2, wine about 3.5, coffee about 5, milk of magnesia about 10.5)
- 14.3 relative strengths (six strong acids and six strong bases, Ka, percent ionization, 0.100 M acetic acid 1.3%)
- 14.6 buffers (normal blood pH about 7.4)
- 14.7 titrations (25.00 mL of 0.100 M HCl or acetic acid with 0.100 M NaOH, Table 14.2, equivalence pH 7.00 and 8.72, half-equivalence pH = pKa, Ka acetic acid 1.8 × 10⁻⁵, methyl orange Ka 4.0 × 10⁻⁴ red HIn and yellow In⁻, interval about pKa ± 1, phenolphthalein colourless below pH 8.3)
- LibreTexts Acid-Base Indicators (litmus about 5 to 8, methyl orange 3.1 to 4.4, phenolphthalein 8.3 to 10.0; chem.libretexts.org) and bromothymol blue 6.0 to 7.6 yellow to blue (Prairie South indicator table via LibreTexts Chemistry 30)
- PubChem acetic acid pKa 4.76 at 25 °C, sodium bicarbonate 0.1 M pH 8.3, ammonia 0.1 N pH 11.1, sodium hydroxide (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov)
- NOAA Ocean acidification (noaa.gov: surface ocean pH has fallen by 0.1 since the industrial revolution, about a 30 percent increase in acidity)
- IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights.
確認日: 2026-10-17