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炭酸ナトリウムの標準溶液を調整、濃度不明の塩酸の濃度を中和滴定により求めます。

「動 画」

 


「実験タイトル」炭酸ナトリウムによる濃度不明の塩酸の濃度決定

「キーワード」中和滴定 指示薬 pH 価数

「準 備」

「操 作」

  1. 50mLビーカーを精密電子天秤に入れて0gセットする。その後、配布された無水炭酸ナトリウムNa2CO3 を約2g入れてから質量を精秤し記録しておく。
  2. 無水炭酸ナトリウムNa2CO3 を少量の水により、ガラス棒を使い完全に溶解させる。その炭酸ナトリウム水溶液を注意深く200 mLメスフラスコに移し、純水を加えていく。洗ビンをうまく使い、ビーカーやガラス棒に炭酸ナトリウムが残らないように、しかも体積は200 mLの標線(!)を超えないように調整する。これにより、塩基である炭酸ナトリウムNa2CO3水溶液の濃度C’が確定する。
  3. ホールピペットにより、正確にv’= 10 mL(炭酸ナトリウム水溶液の体積)を吸い上げ、100 mLコニカルビーカーに移す。正確を期すためには、純水を使い内部の炭酸ナトリウムを完全に洗い流す必要がある。
  4. コニカルビーカーにフェノールフタレイン指示薬[p・p]を1滴加える。(炭酸ナトリウムの物質量には影響しない)
  5. 濃度不明 C [mol/L]の塩酸約50 mLをビーカー(100 mL用)に用意し、ろうとを用いてビュレットに移し入れる。別の受け用ビーカー(100 mL用)を下に準備しておき、ビュレットの先の空気抜きをしておく。受け用ビーカーの塩酸は再利用せず廃棄する。
  6. ビュレット先端のしずくを受けビーカーで取り除き、ビュレット中の塩酸の上端が目盛り0より下にきていることを確認しておく。
  7. ビュレット中の塩酸の開始時の体積v1を記録する。目盛りは、小数点第2位まで目分量(!)で読み取る。
  8. ビュレット下にコニカルビーカーを置き、炭酸ナトリウム水溶液に向かって塩酸を滴下していく。
  9. フェノールフタレインの色が完全に消える寸前で止める。第一段階の中和時の体積vm を記録する。→ 結果表へ
  10. 今度は、メチルオレンジ指示薬[M・O]を1滴加える。(炭酸ナトリウムの物質量には影響しない)
  11. メチルオレンジ指示薬(黄色)の色が完全に変化してしまう寸前で止める。中和の第二段階時の体積v2 を記録する。→ 結果表へ
  12. ホールピペットで炭酸ナトリウム水溶液を吸い上げる操作を10回以上繰り返し、データを数多く取得する。ただし、ホールピペットの再利用時には、共洗い操作を行うこと。

「工夫と注意・片付けなど」

  1. ガラス器具の先端に注意して洗浄すること。
  2. ホールピペットやビュレットは逆さにして乾燥させること。

「解 説」

1.酸と塩基による中和の原理:酸と塩基が反応すると、酸のH+とOHが反応して水になり、その際に酸と塩基の性質が互いに打ち消されます。このような反応を中和といい、炭酸ナトリウムと塩酸の場合は、次のとおりそれぞれ1 molと2 molで過不足なく中和が起こります。

Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2

この反応式により、それぞれの価数が2と1であり、塩である塩化ナトリウム2 molと水1 molが生成します。なお、H+やOHの濃度の小さい弱酸や弱塩基の場合でも、中和によってH+とOHが消費されると電離が進んでそれらのイオンが供給されるため、中和反応に必要な物質量は酸塩基の強弱には無関係です。

2・中和滴定の仕組み:a価で濃度c [mol/L]、体積v mLの酸の水溶液に、b価で濃度c’[mol/L]、体積v’mL の塩基の水溶液を加えたとき、過不足なく中和したと考えると、中和反応の量的関係より次式が成り立ちます。

a×c×(v/1000) = b×c’×(v’/1000)

二段階滴定:炭酸ナトリウムと塩酸は、2:1で過不足なく中和します。しかし、実際の中和反応は次のように二段階で進行します。

① Na2CO3 + HCl → NaCl + NaHCO3

② NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2

中和にともなうpH曲線も特徴的な二段階曲線となり、①ではフェノールフタレインの変色域(pH8.0-9.8)と重なりますが、反応が完結する②の中和点はやや酸性側で起こるのです。従って、酸と塩基が過不足なく終結する場面では、やや酸性側に変色域(pH 3.1 – 4.4)を持つメチルオレンジを指示薬として用いるのが適切です。



▽このブログで発信する情報は、取扱いに注意を要する内容を含んでおり、実験材料・操作、解説の一部を非公開にしてあります。操作に一定のスキル・環境を要しますので、記事や映像を見ただけで実験を行うことは絶対(!)にしないで下さい。詳細は、次の3書(管理者の単著作物)でも扱っているものが多いので参考にして下さい。


、取扱いに注意を要する内容を含んでおり、実験材料・操作、解説の一部を非公開にしてあります。操作に一定のスキル・環境を要しますので、記事や映像を見ただけで実験を行うことは絶対にしないで下さい。詳細は、次の3書(管理者の単著作物)でも扱っているものがありますので参考になさってください。

  


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