第三部：化学反応　酸・塩基反応

　酸・塩基反応の組み合わせは， 電離平衡の異なる 1価の酸・塩基，多価の酸・塩基，強酸と強塩基，弱酸と強塩基，強塩基と弱塩基，弱酸と弱塩基など様々である。

　1価の強酸を 1価の強塩基で滴定（イオン濃度と pH変化）
　1 価の強酸（塩酸など）の水溶液を 1 価の強塩基（水酸化ナトリウムなど）の水溶液で滴定する場合を考える。
　1 価の強酸と強塩基は，解離定数が著しく大きいので，完全に電離しているものと仮定できる。
　　　　強酸の水溶液　　：　HX ＋ 2H₂O　→　X^－ (aq) ＋ H₃O^＋
　　　　強塩基の水溶液 ：　YOH ＋ 2H₂O　→　Y^＋ (aq) ＋ OH^－
　この状態で，滴定の操作を続けた場合の酸，塩基の濃度変化，水溶液の pH 変化を考えることになる。水溶液の pH は，【強酸・強塩基の pH 】で紹介したように，水の自己解離定数，物質収支，電気的中性原理から求めることができる。

　① 水の自己解離定
　　　　　　2H₂O　⇆　H₃O^＋ ＋ OH^－
　　　　　　 　 K_W ＝ [ H₃O^＋ ] [ OH^－ ] ＝ 1.0×10^－14　　　　　　　　　　　　　　式 1）

　② 物質収支
　試験液中の酸はすべてイオン化しているので，イオンの絶対量は変化しないが，滴定操作による試験液の容量が増加する。従って，試験液中のイオンのモル濃度 [ X^－ ] が変化する。
　そこで，滴定前の酸の初期モル濃度 CA₀（知りたい値），容量 VA とし，塩基水溶液（滴定剤）の添加容量を VB とすると，試験液中の酸のモル濃度は，
　　　　　　[ X^－ ] ＝ CA₀・VA/( VA ＋ VB ) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 式 2）
となる。
　一方，強塩基を用いているので，加えた塩基もすべて電離する。従って，試験液中の塩基イオンのモル濃度 [ Y^＋ ] は，滴定に用いる溶液（滴定剤）の初期モル濃度 CB₀ （既知濃度）とすると，
　　　　　　[ Y^＋ ] ＝ CB₀ VB/( VA + VB )　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式 3）
となる。

　③ 電気的中性原理
　　　　　　 [ H₃O^＋ ] ＋ [ Y^＋ ] ＝ [ X^－ ] ＋ [ OH^－ ] 　　　　　　　　　　　　　　　式 4）

　④ 滴定剤の量と pH の関係
　式 1）と式 4 ）から [ H₃O^＋ ] に関してまとめると
　　　　　　K_W ＝ [ H₃O^＋ ] [ OH^－ ] ＝ [ H₃O^＋ ] ･〔 [ H₃O^＋ ] ＋ [ Y^＋ ] － [ X^－ ] 〕
　　　　　　∴　 [ H₃O^＋ ] ² ＋ [ H₃O^＋ ] ( [ Y^＋ ] － [ X^－ ] ) － K_W ＝ 0
となる。この二次方程式の正の解は，
　　　　 [ H₃O^＋ ] = ｛ －[ Y^＋ ] ＋ [ X^－ ] ＋〔 ( [ Y^＋ ] － [ X^－ ] ) ² ＋ 4K_W 〕 ^1/2 ｝/2　　　式 5）
となり，試験液の pH ( ＝ －log [ H₃O^＋ ] ) は，陽イオン濃度（式 3）），陰イオン濃度（式 2））の関数として得られる。

　濃度 CA₀ ，CB₀ ，及び容量 VA は，滴定操作を進めても変化しない値である。一方，滴定操作で変化する値は，VB となる。
　従って，横軸に添加した塩基の容量 ( VB ) ，縦軸に溶液の pH をとると，下図の曲線（滴定曲線）が得られる。
　滴定が進み，当量点 [ Y^＋ ] ＝ CA に近づくと pH の急激な変化が起こり，当量点のｐHは，
　　　　pH = - log₁₀｛ - [ Y⁺ ] + CA +〔 ( [ Y⁺ ] - CA ) ² + 4K_W 〕^1/2 ｝/2 = - log₁₀ ( K_W )^1/2 = 7
となる。
　この時の，滴定剤の添加量と塩基のモル濃度から，未知の酸の初期濃度は，
　　　　　　CA₀ VA /( VA + VB ) = CB₀ VB /( VA + VB )
　　　　　　　∴ CA₀ ＝ CB₀ VB /VA
で求められる。
　下図の滴定曲線から分かるように，強酸を強塩基で滴定した場合には，当量点前後で，滴定剤 1 滴にも満たない量（ 0.05 ml 以下）で急激なpH 変化を示す。

　滴定曲線の pH が急変する領域内で色が変わる指示薬（ indicator ）を選択することで，急激な pH 変化を検出できる。
　例えば，pH 8 以上で無色 → 赤色に変わるフェノールフタレンを指示薬として用いると，当量点を僅かに超えた時点が終点となる。一方，pH 4 以上で赤色 → 黄色 に変わるメチルレッドを用いると，当量点直前が終点となる。

　このように，厳密には，滴定の終点と当量点とは一致しない（終点誤差）ので，より正確な測定を行う場合は，用いた終点検出法に適した終点補正が必要になる。