2020.5
吉村洋介
2 . 実験の基礎

2-4 溶液のpHと緩衝溶液の性質

<概要>

溶液の酸性度(塩基性度)は溶液中の化学反応にきわめて大きな影響を与える。 したがって、水溶液中の化学反応を行う上でも、また廃液を環境に放出する上でもpHの制御には十分な注意を払う必要がある。 ここでは、ハンディpHメーターあるいはpH試験紙で、さまざまな溶液のpHを測定し、pHや溶液の緩衝作用について定性的に理解することを目指す。 なお実験に先立って参考資料II-8の<pHの原理と測定>に目を通し、またpHがどのような変化を示すかあらかじめ予想を立てておくこと。

<試薬>

以下の溶液を調製する(いずれも試薬ビンに入れラベルをして保存する)。

  1. 1.0 mol/L水酸化ナトリウム溶液
    200 mLのビーカーに水酸化ナトリウム(NaOH、式量40.00)約 4.0 gを手早く秤量し、イオン交換水100 mL を加えて溶かす。(アルカリ用試薬瓶に保存する)
  2. 1.0 mol/L塩酸
    100 mLのメスシリンダーを用い、6 mol/L塩酸約16 mL(約15 g)をイオン交換水で希釈して100 mLにする。
  3. 0.5 mol/L炭酸水素ナトリウム溶液
    200 mLのビーカーに炭酸水素ナトリウム(NaHCO3、式量84.01)約4.2 gを秤量し、イオン交換水100 mL を加えて溶かす。
  4. 塩化アンモニウム-アンモニア緩衝溶液(アンモニア緩衝溶液)
    塩化アンモニウム(NH4Cl、式量53.49)1.7 g をイオン交換水に溶解し、 濃アンモニア水14 mL を加えた後、さらにイオン交換水を加えて、全量を約25 mL とする。試薬瓶に入れラベルを付け、蓋をして保存する。 (これは一人一人作る。この緩衝溶液は以降の「容量分析の初歩」「合金の分析」でも使用する。)

<廃棄物処理>

この課題で出る廃液は、指針Aに従って処理する。

  1. 強酸・強塩基溶液のpH
  2. アンモニア緩衝溶液の性質
  3. 廃液のpH

pHと緩衝溶液の課題のはなし

初代簡易pH計(モノタロー製。販売終了) 現行簡易pH計(pH-98103。Kmoon)

高校までに pH や緩衝溶液について習ってはいるのですが、 実地になると結構怪しい学生諸君が多いようです。 特に化学実験では廃液の処理などで中和処理が頻繁に出てくるのですが、 その化学的な背景を理解した上で処理に臨んでもらわないと、 とんでもなく時間をかかったり、 強酸性・強アルカリ性の廃液の排出をしたりすることにつながりかねません。 そこでちょっと3回生ともあろうものを小ばかにしたような実験とも見えるかもしれませんが、 かんたんなpH の実験に取り組んでもらうようにしています。

以前は後の本格的な pH の実験で使用する ±0.01 ぐらいの pH 計を使ってもらっていたのですが、 初心者にはいささかハードルが高く、 幸い安価な pH 計(< 5千円)が利用可能になったので、2011年度から簡易 PH 計を利用するようにしました。 この pH 計、公称 pH 0 ~ 14 で ±0.1 ということになっていますが、 実際は後でも紹介しますが pH 2 ~ 10 ぐらいで使うのが無難です。 また昨年(2019年)から使用している機種は 0.01 まで表示してくれます(pH 4 とpH 7の2点較正)。 この値自体は、精度的にあまり意味がないのですが、 変化量(例えば化学反応にともなう pH 変動)を見る分には便利です。 ただ学生さんの中には、この値を固く信じる向きがあったりして、 ちょっと考えるのですが・・・

最初にいろいろ酸塩基の溶液を調製してもらいますが、 見てもらうと分かるように、 アンモニア緩衝液以外をみんな混ぜれば中和されるように設定してあります。 指定どおりに調製すれば、廃棄する際、中和処理を忘れても何とかなるはずです。 なおアンモニア緩衝液を廃棄しないよう注意です(後の合金の分析でも使用)。 アンモニア緩衝液といっても、いろんな pH の緩衝液が使用されていますが、ここで調製する緩衝液は、 薬局方にも載っている pH 10.7 のものに相当します。


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