はじめに

クエン酸は使いやすく、安価で水溶性の結晶性の固体カルボン酸である。 塩素酸水溶液を用いるのに比べ、固体クエン酸やその水溶液を用いるのは安全で便利である。 また、強塩基に対する滴定は、経験の浅い学生でも容易に行うことができます。 本稿では、水酸化ナトリウム溶液によるクエン酸溶液の中和滴定を、初心者に適した形で紹介します。

クエン酸

クエン酸1 は糖の発酵によって生産され（年間100万トン）、飲料や食品（70%）、洗剤（20%）、化粧品、医薬品、その他の化学品（10%）に使用されます。 無水または一水和物の結晶性固体として製造され、いずれの形態でも安価に入手可能である。 固体一水和物は加熱すると100℃以下で水を失い、無水固体を形成し、156℃で融解し、175℃で分解する。 どちらの固体も安定で、長年保存しても瓶の中で自由に流動性を保っています。 水には非常によく溶ける。 クエン酸は、様々な純度レベルのいずれかの形態の試薬化学品として安価に購入することができ2、または純度が特定されず、通常は形態が特定されない消費者向け物質としてさらに安価に購入することができます3。

クエン酸の強塩基に対する滴定

クエン酸はカルボン酸基、イオン化できる酸性水素原子、三つのKa/pKa値を持っています。 水酸化ナトリウムとの中和反応は平衡完全中和式で示されるように3対1の化学量論となる。

3 NaOH (aq) + H3C6H5O7 (aq) –> Na2C6H5O7 (aq) + 3 H2O

0.1 M NaOH溶液などの強塩基で滴定すると、クエン酸溶液は緩衝領域に入り、その間溶液のpHが徐々に上がり、さらに急峻に上昇することが分かります。 滴定の当量点の前に0.1M NaOH溶液を1滴ほど加えてから当量点の後に1滴加えるまで、滴定液のpHは7よりやや下から9以上に極めて急激に上昇します。
滴定のために選択した視覚的酸塩基指示薬は7から9の範囲で酸色から塩基色に変化しなければなりません。 フェノールフタレイン指示薬は、無色からピンク、赤へと変化し、この滴定に最適な指示薬です。 塩酸のような強酸による滴定に比べて、希釈した弱酸は、滴定液に含まれる塩基をよりゆっくりと「吸い上げる」ようになります。 その結果、当量点に近づくと、滴定フラスコに滴下した滴定液が入る部分にピンク～赤色が現れ、最初は数秒、その後どんどん長くなり、少なくとも1分間は溶液全体に淡いピンク色が見えます（問3参照）。 この現象により、これらの滴定は非常に簡単に行えるので、初心者に非常に適している。

安全性、廃棄物の処理、保管

クエン酸は比較的強い弱酸だが、使用にあたって特別な注意は必要ない。 クエン酸の粉末は家庭用として特に制限なく販売されています。 0.033Mクエン酸のpHは約2.2で、レモン汁よりやや高い4。0.1M水酸化ナトリウムとフェノールフタレイン指示薬はより危険である。 固体のクエン酸は、固体の水酸化ナトリウムと同じように取り扱い、きれいにしてください。

滴定液や余った試薬溶液は、流しに捨てても大丈夫です。 モホークカレッジでは、水酸化ナトリウム溶液の入ったスポイトボトルを長期間保存していますが、明らかな悪影響はありません。

Experiment description

ここで、クエン酸溶液と水酸化ナトリウム溶液の滴定を行うための簡単、迅速、安価な方法を紹介します。 安価で割れない60mL制御の滴下分配型ポリマースクイーズボトルを用いて、滴定を重量法で行っているものとします5。a

Preparation, apparatus and supplies

* 口径は小さければ正確であるほどよい。

事前の試行滴定で、5mLのクエン酸溶液がおよそ5gの水酸化ナトリウム溶液で中和されるように、2つの試薬をおおまかに作りましょう。 計算例として、一方に「架空の」濃度値を表示し、もう一方の溶液の濃度を滴定と計算で求めさせます。 (後述する計算を参照)

初心者のために、完全な方法と滴定の見本を示すべきである。 成功したときの精度の基準を明記する。 妥当な基準は「3つの滴定の質量が平均質量の±3％以内」であろう。 50mLビュレットを使用する場合、クエン酸サンプルの容量を5mLから10mLに増やすと、結果の精度がほぼ同じになります。

Gravimetric titration with a polymer controlled drop-dispensing squeeze-bottle and a 2-place digital balanceGravimetric titration with a polymer controlled drop->

Gravimetric titration with a polymer controlled drop-dispensing squeeze-bottle and a 2-place digital balance?

生徒指導

1. クエン酸溶液を約10mL、小型ビーカー（100mLまたは250mL）に移します。 この溶液の一部を用いて、小ビーカー、10mLメスシリンダー、スポイトピペットの内面をすすいでください。 このすすぎ部分は廃棄物である。 すすぎをさらに2回繰り返す。 125mLナス型フラスコはすすがず、蒸留水で濡れたままでもよい。 (質問1参照)

1. 洗った小ビーカーにクエン酸溶液を50mLほど移し替える。 この量は3回の試行に必要な量です。

1. 試行1のクエン酸溶液5.0mLを125mL三角フラスコに移し、10mLメスシリンダーの5.0mLの線までスポイトで慎重に移す。 最後の一滴が落ちるまで待ち、シリンダーを完全に空にする。 スクイーズボトルから蒸留水を加え、フラスコ内の総容量が 20 mL から 30 mL になるようにする。 フェノールフタレイン指示薬溶液を4～5滴加える。

1. 2プレートデジタル天秤のゼロ／風袋ボタンを押します。 NaOH溶液の入った滴下瓶を天秤皿の上に置きます。 天びん皿、滴下瓶の外側、指が常に濡れないようにする必要があります。 (質問2参照)

1. 瓶と内容物の質量を記録する。
2. 滴下瓶から溶液を滴下して、三角フラスコの中の溶液を滴定する。 ボトルを逆さまにしてフラスコの口に当てます。 滴を数えます。 フラスコを静かに振り回す。 807>

塩基を何滴か加えた後、溶液が深い赤色になったら終点であり、その滴定結果は計算に使ってはならない。

1. 手順4と5を繰り返します。 ボトルとその内容物の新しい質量を記録する。

1. 滴定の手順を繰り返します。 滴下数は、滴定を繰り返す際のスピードアップの目安になります。 807>

計算

20℃の0.125M NaOH溶液の密度は1.0039g/mLです。 学生の計算では、0.1M NaOH溶液の密度はg/mLの単位で統一に近いので、g単位の滴定の質量値は大きな誤差なくmL単位の容量として使用できます。

私が入門者に推奨する方法は、3分割の計算です。 クエン酸溶液の 5 mL サンプルを繰り返し滴定した結果、平均滴定量が 4.87 g の 0.0989 M NaOH (= 4.87 mL の 0.0989 M NaOH) になったとします: