ここでは、高校化学における「酸と塩基」の分野の解説をしていきます

　　今回の内容は、中和滴定の問題の解き方についてです。逆滴定・二段階滴定についてはこのページでは扱わず、次のページで扱い、この内容では普通の滴定の問題を説明します。

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【目次】

• 一価の酸・塩基の滴定
• 多価の酸・塩基の滴定
• (発展)中和滴定の一般式

　

【一価の酸・塩基の滴定】

　前回のページで、塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の滴定に関する問題を載せました。あれは実は「一価の酸」「一価の塩基」の中和滴定の問題なのです。

　　前回述べた通り、「H⁺の物質量=OH⁻の物質量」が大原則であり、これらを計算する事により未知濃度を求める、と説明しました。　

　　ですが実はこの解答は一つだけ不十分な点があります。それは、酸・塩基の価数を考慮していない点です(答えは合っているので安心してください)。

　　実は、もしこれが硫酸と水酸化ナトリウム水溶液になると、C=0.1mol/Lでは不正解となります。

他に、硫酸と水酸化カルシウム水溶液だと、C=0.1mol/Lで正解になります。

　　次項で、これらの多価の場合の滴定について説明していきます(試験問題では多価の問題が頻出です。価数を忘れがちな人が多いためです)。

【多価の酸・塩基の滴定】

　そもそも「多価」の酸・塩基とは一体どういうものなのか、というと

　　この見分けは、中和滴定を理解する上では絶対に避けては通れない超重要なものなので、確実に理解しましょう。

　例えば、塩酸HClは、解離するとH⁺を1つ生じます。なので一価の酸です。

硫酸H₂SO₄は解離すると、H₂SO₄　→　2H⁺　+　SO₄²⁻　となり、H⁺を2つ生じます。よって、2価の酸となります。

よく出るのは3価までです。代表的な3価の酸にリン酸H₃PO₄というものがあり、

H₃PO₄　→　3H⁺　+　PO₄³⁻　となり、H⁺を3つ生じます。よって、3価の酸となります。

　

塩基も同様であり、NaOHはOH⁻を1つ生じるので1価の塩基です。

水酸化カルシウムCa(OH)₂は、Ca(OH)₂　→　Ca²⁺　+　2OH⁻　となり、OH⁻を2つ生じます。よって、2価の塩基となります。

少しややこしいのがアンモニアNH₃なのですが、慣れないうちは一価の塩基だと覚えてくれて差し支えありません。

　※NH₃　+　H₂O　→　NH₄⁺　+　OH⁻となるため、化学式にOHは入っていませんが、OH⁻を1つ生じるためアンモニアは一価の塩基です。

　

　　では実際に多価の酸・塩基の中和滴定の問題を見ていきましょう。先ほどの例の塩酸を硫酸に変えてみます。

　塩酸の時と、ほぼ全く同じように見えますが、違う場所が一箇所だけあります。それはH⁺の物質量での計算で、×2をしている事です。それ以外は全く同じですね。

　実はこの×2こそが価数が関わってくる部分なのです。

　もう一度書きますが、硫酸は解離するとH⁺を2個生じます。ということは、硫酸が1molあると、H⁺は2mol生じる事になるのです。(塩酸が1molあると、H⁺は1molしか生じない)

なので、価数の分だけ掛ける必要があります。

　　もしこれがリン酸だったらどうなるでしょうか？

答えは、C×0.03×3=0.09C(mol)です。リン酸1molに対し、生じるH⁺は3molあるためです。

理解しづらい方は、単純に物質量に「価数」を掛けておけばいいと思っておけばOKです。

　

塩基も同様に、価数の分だけ物質量に掛けてあげればOKです。次の問題を見てみましょう。

　どうでしょうか？理解できましたか？

　H⁺の物質量を2倍しているものの、OH⁻の物質量も2倍しているので、最終的に両方1価の場合と同じ答えになっているのです。このように、「価数」が変わると結果も大きく変わるというのが非常に良く分かるかと思います。

　でも、解き方としては一価の場合と全く同じですよね。(1価の場合は、×1することになるので考慮しなくても解けていました。実際にはこうやってちゃんと価数を掛けておく必要があるため、慣れないうちは1価でもちゃんと価数を掛けるというのを心がけると良いでしょう。)

　

滴定の大事な話はこれだけで問題無く、次のページで逆滴定、二段階滴定などの難しい滴定も扱いますが、この多価の話を覚えておけば全く同じように簡単に解けるので、価数は非常に重要な話になります。(価数をかけ忘れて失点する人が結構多いです。本当によく出ます)

　

【(発展)中和滴定の一般式】

※この内容は、まだ数字での中和の計算に慣れていない人は読む必要はありません。各自問題集で様々な問題に触れて慣れてください。問題集の問題も解きまくったけど、逆滴定とかではなく普通の滴定で更に高度に理解したいという方向けです。

　これは中和滴定に限った話ではありませんか、化学の計算問題を理解する最高の到達点は、文字で問題を解くことが出来るようになる事だと個人的には考えています。

　無論、実際には普通の数字が出てそれを解きますが、「解く原理」を理解する上で、この段階を乗り越えられると非常に大きく成長できると感じています。入試ではこのような形で出る事はほぼありませんが、これを理解できればほぼ全ての基本的な中和滴定の問題は解けると言っても過言ではないでしょう。

　一応検算をしておきましょう。先に挙げた未知濃度の硫酸30mLと、0.1mol/L水酸化ナトリウム水溶液30mLで確かめると、m=1、x=30、C₁=0.1、n=2、y=30であり、C₂=mxC₁/nyに代入するとC₂=0.05となり、合っている事が分かります。

　これが自分で導出できれば何も怖いものはありません。

※補足

　気づいた方もいらっしゃるかもしれませんが、問題文で使用した酸と塩基の体積が(mL)で表記されている事がよくあるのですが、両方が(mL)で書かれているなら、最後のH⁺の物質量=OH⁻の物質量の計算をする際、わざわざ0.001倍して体積を(L)に変換したところで、どうせキャンセルされて消える為、実は0.001倍する必要はありません。

　C₂×y×n=nyC₂、C₁×x×m=mxC₁といった具合です。H⁺の物質量=OH⁻の物質量という計算をすると、どちらにしろ同じ結果になる事が分かるかと思います。解答の詳細を記述しなくてよい際はこのようにした方が早いので、最初は違和感を覚えるかもしれませんが慣れると意外に時短できます。