中和とは
酸の H⁺ と塩基の OH⁻ が結びついて水ができ、酸と塩基がたがいの性質を打ち消し合う反応を中和といいます。このとき、酸の陰イオンと塩基の陽イオンからなる塩もできます。
中和の量的関係
酸と塩基がちょうど中和するのは、酸が出す H⁺ の物質量と、塩基が出す OH⁻ の物質量が等しいときです。濃度 c（mol/L）、体積 V（L）、価数 a で表すと次のようになります。
- 価数は「1つの酸（塩基）が出せる H⁺（OH⁻）の数」。HCl・CH₃COOH・NaOH・NH₃ は1価、H₂SO₄ は2価
- 弱酸・弱塩基でも、中和に必要な量は価数で決まり、強さには関係しません（電離度が小さくても、中和が進むにつれて次々に電離するため）
- 体積は両辺で同じ単位なら、mL のまま計算してもかまいません
滴定曲線の読み方
加えた塩基の体積と、溶液の pH の関係を表したグラフを滴定曲線といいます。
- 最初は酸性で、塩基を加えても pH はゆっくりしか上がらない
- 中和点の近くで、わずか1滴（約0.05 mL）で pH が急に大きく変わる（pH ジャンプ）
- 中和点を過ぎると塩基性になり、また変化がゆるやかになる
中和点の pH は 7 とは限らない
中和点でできた塩の水溶液の性質によって、中和点の pH は変わります。
| 組み合わせ | 中和点でできる塩 | 中和点の液性 |
|---|---|---|
| 強酸 × 強塩基 | NaCl など | 中性（pH ≒ 7） |
| 弱酸 × 強塩基 | CH₃COONa など | 弱い塩基性 |
| 強酸 × 弱塩基 | NH₄Cl など | 弱い酸性 |
指示薬の選び方
指示薬は、決まった pH の範囲（変色域）で色が変わります。変色域が pH ジャンプの範囲と重なる指示薬を選べば、中和点の1滴で色が変わるので中和点がわかります。
| 指示薬 | 変色域（目安） | 色の変化 | 使える滴定 |
|---|---|---|---|
| メチルオレンジ | pH 3.1〜4.4 | 赤 → 黄 | 強酸 × 強塩基、強酸 × 弱塩基 |
| フェノールフタレイン | pH 8.0〜9.8 | 無色 → 赤 | 強酸 × 強塩基、弱酸 × 強塩基 |
シミュレーターで組み合わせを変えると、指示薬の変色域（色の帯）と pH ジャンプ（太い線）の重なり方が変わる様子を確かめられます。
補足：計算に使った値
このシミュレーターでは、溶液中のイオンの電荷のつり合いから pH を計算しています。弱酸・弱塩基の電離のしやすさを表す電離定数は「化学」で学ぶ内容です。ここでは 25℃ の代表的な値として、酢酸 Ka = 1.8×10⁻⁵ mol/L、アンモニア Kb = 1.8×10⁻⁵ mol/L、水のイオン積 Kw = 1.0×10⁻¹⁴ (mol/L)² を使っています。教科書や問題によっては、異なる値が与えられることがあります。
よくある間違い
- 中和点はいつも pH 7 だと思う：弱酸と強塩基なら塩基性、強酸と弱塩基なら酸性です。
- 弱酸は中和に必要な塩基が少ないと思う：必要な量は価数・濃度・体積で決まり、酸の強さには関係しません。
- 価数をかけ忘れる：硫酸（2価）なら H⁺ の物質量は濃度×体積の2倍です。
- 器具の洗い方：ホールピペットとビュレットは、使う溶液で内側をすすぐ（共洗い）。コニカルビーカーとメスフラスコは、水でぬれたまま使ってよい（中に入る溶質の物質量が変わらないため）。
確認問題
問1 0.10 mol/L の酢酸 10 mL を中和するのに、0.10 mol/L の水酸化ナトリウム水溶液は何 mL 必要？
1 × 0.10 × 10 = 1 × 0.10 × V より、V = 10 mL。酢酸が弱酸でも、必要な量は塩酸のときと同じです。シミュレーターの「弱酸 × 強塩基」で確かめてみましょう。
問2 問1の滴定の中和点は、酸性・中性・塩基性のどれ？
塩基性。中和点では酢酸ナトリウム（CH₃COONa）の水溶液になり、これは弱い塩基性を示します。
問3 塩酸をアンモニア水で滴定するとき、フェノールフタレインとメチルオレンジのどちらを使う？
メチルオレンジ。中和点は弱い酸性で、pH ジャンプは酸性側にあるため、変色域が pH 3.1〜4.4 のメチルオレンジが適しています。
問4 0.050 mol/L の硫酸 10 mL を中和するのに、0.10 mol/L の水酸化ナトリウム水溶液は何 mL 必要？
硫酸は2価なので、2 × 0.050 × 10 = 1 × 0.10 × V より、V = 10 mL。
※ 計算結果は、25℃・理想的な溶液を仮定したモデルによる値です。実際の測定値とは多少異なります。指示薬の変色域は代表的な値です。