酢酸水溶液の中和滴定と表示の評価
高校の化学部が、沖縄県産のシークヮーサー酢（酢酸水溶液）の濃度を中和滴定で調べた。原液10.0 cm³をメスフラスコで100.0 cm³に薄め、その10.0 cm³をコニカルビーカーに取った。0.100 mol/L水酸化ナトリウム水溶液をビュレットから滴下し、フェノールフタレインの淡い赤色が30秒以上消えない点を終点とした。3回の滴下量は7.40 cm³、7.50 cm³、8.90 cm³だった。3回目は、終点付近で勢いよく滴下し、色が濃い赤紫色になってから記録していた。ビュレットの目盛りは0.05 cm³単位で読める。原液の密度は1.01 g/cm³、酢酸のモル質量は60.05 g/mol、酢酸と水酸化ナトリウムは1:1で反応する。生徒の一人は「表示は酸度5.0%だから、4%台なら偽表示だ」と話している。薄める操作による体積変化や温度変化は無視できるものとする。コニカルビーカーは蒸留水で洗い、乾燥させてから使った。滴定中はビュレットの先端に気泡がないことを確認した。終点の判定は同じ生徒が行い、3回とも同じ照明の下で観察した。水温は25°Cで、滴下中も大きく変わらなかった。原液は使用前に軽く振って均一にした。ビュレットの読みは液面の最下点で行った。
1. 3回の滴下量のうち、どれを採用すべきか。理由と平均値を述べよ。
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8.90 cm³は、終点付近で勢いよく滴下し、淡い赤色ではなく濃い赤紫色になってから記録している。これは終点を越えて水酸化ナトリウムを加えすぎた記録であり、酢酸量を実際より大きく見積もる。したがって8.90 cm³は採用しない。 7.40 cm³と7.50 cm³は差が0.10 cm³で、ビュレットの読み取り間隔0.05 cm³から考えてもほぼ同じ終点を示している。平均は (7.40+7.50)/2 = 7.45 cm³ とする。
2. 酢酸のモル濃度と質量パーセント濃度を求めよ。
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中和では酢酸と水酸化ナトリウムが1:1で反応する。 滴下したNaOHの物質量は 0.100 mol/L×7.45×10⁻³ L = 7.45×10⁻⁴ mol。 したがって、薄めた液10.0 cm³中の酢酸も 7.45×10⁻⁴ mol である。 薄める前の原液10.0 cm³には、これの10倍である 7.45×10⁻³ mol が含まれる。 原液のモル濃度は 7.45×10⁻³ mol÷0.0100 L = 0.745 mol/L。 質量濃度は 0.745×60.05 ≈ 44.7 g/L で、100 mLあたり4.47 g。 密度1.01 g/cm³より100 mLの質量は約101 gなので、質量パーセント濃度は 4.47÷101×100 ≈ 4.4% となる。
3. 「表示は酸度5.0%だから、4%台なら偽表示だ」という主張を評価せよ。
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4.4%という結果だけで偽表示と断定はできない。まず、表示の「酸度5.0%」が質量パーセントなのか、g/100 mLのような別の表し方なのかを確認する必要がある。5.0%をg/100 mLとすると50 g/Lであり、測定値44.7 g/Lとは約11%の差になる。 差の原因としては、終点の判定、ビュレットの読み取り、原液の密度の仮定、薄める操作の誤差などが考えられる。とくに密度を1.01 g/cm³と固定している点は、実際の試料では変わりうる。 結論を出すには、同じ操作を複数回繰り返し、標準溶液で滴定装置を検定し、温度と密度を実測したうえで比較する必要がある。