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中和滴定曲線の作図
１ 研究に取り組んだ観察，実験 中和滴定曲線の作図（生徒１人ひとりが実験を行える少量実験での方法の研究） ２ 観察，実験のねらい 中和滴定曲線を，実験を通じて作図させ，中和滴定曲線の特徴を理解させる。 ３ 観察，実験の実際と問題点 中和滴定曲線は，酸塩基の中和反応の際，反応溶液中のｐＨ変化を，滴下量と共に示したグラフである。用いる酸，塩基の強弱により得られる曲線は様々だが，概して中和点付近では，ｐＨが急激な変化を見せるという特徴がある。通常，この曲線で中和点前後の特徴がわかることで実験操作の注意点（中和点付近では，滴下を１滴ずつ慎重に行うべきということ）が把握でき，また中和滴定での適切な指示薬の判断材料とする。ところが，この曲線の描く軌跡は独特であるためか，生徒はあまり理解を深められない。そこで，実験を行い，曲線を描かせれば，理解度が増すと思われるが，実験には以下の問題点が存在する。
①については，教師が演示で行い，生徒にはプロジェクター等で示す方法もあると思うが，生徒たち自らが手を動かし，導いた結果ではないので，生徒の理解度や興味関心を高めることには結びつかないのではないか。 ②については，①での演示よりは生徒の活動が期待できるが，果たして全ての生徒が動き，結果を導くことができるのか。
４ 観察，実験の改善のポイント，開発した教材教具 実験を積極的に行うことは，興味関心を高めるだけでなく，科学的な思考力を養うために大事なことである。そのため，今回私は，１人ひとりが実験の「主体者」となれるような方法を考えてみた。 まず，中和滴定曲線を描くための実験装置である。普通は中和滴定と同様の，ビュレット，コニカルビーカー，ホールピペット，メスフラスコといった実験器具が必要となる（写真１）。しかし，学校で準備している器具は，普通は多くても２人に１セット程度であるのがほとんどではないだろうか。そこで，今回，ビュレットとコニカルビーカーの代わりとして，点眼瓶と反応皿を試してみた（写真２）。これらは比較的安価であるため，生徒一人ずつへの準備が可能である。また，点眼瓶はビュレットと同様，滴下による反応ができる。加えて反応皿とセットで用いることにより，少量での実験が可能であり，実験後の廃液処理等が少なくて済む利点がある。
次に，ｐＨの測定方法である。正確な測定を行うためには，前述のとおりｐＨメーターが必要であるが，今回はユニバーサルｐＨ試験紙（写真３）を用いた。測定できるｐＨ範囲はｐＨ１～１１で，識別可能なｐＨは１刻みであるため，ｐＨの測定はやや「アバウト」ではあるが，今回の「実験を行い，滴定曲線を書く」という目的であれば，妥当ではないかと判断した。 また，ビュレットを点眼瓶に代えて実験を行うには，１つの問題が存在する。ビュレットは滴下した試薬の体積を，器壁の目盛りで読み取る。しかし点眼瓶では，滴下した溶液の体積を読み取ることはできない。通常，滴定曲線は縦軸にｐＨ，横軸に滴下量（体積）を取り作図するため，どうすればよいか。しかも，ビュレットは活栓を開くことにより試薬は重力により自然滴下となるが，点眼瓶はその構造上，自分で瓶の本体を押し滴下させるため，押し方により安定した滴下が得られるかが疑問である。そこで，点眼瓶について，以下の検証を試みた。 検証事項：点眼瓶はビュレットの代わりとなるか。 仮 説：点眼瓶から滴下した１滴あたりの体積を，その質量から算出できれば，滴下した溶液の滴数×１滴あたりの体積＝滴下した溶液の体積となり，ビュレットの代わりとなるのではないか。 実験操作：①点眼瓶に純水を入れ，ビーカーに１０滴ずつ滴下し，質量を電子天びんで測定する（写真４）。 ②１０滴ずつの質量を測定し，１滴あたりの平均値を算出し，比較する。 検証結果：
表１ 点眼瓶の滴下量と質量との関係
表２ ビュレットの滴下量と質量との関係 ５０滴までの値で比較した結果，値にばらつきはあるものの，ほぼ１滴あたり約０．０６ｇとなる（表１）。純水の比重は１ｇ／ｍｌであるため，点眼瓶１滴あたりの質量は０．０６ｍｌとなる。ビュレットについて同様の実験を行った結果，１滴あたり０．０５ｍｌとなった（表２）。結論として，ビュレットの代わりに点眼瓶を用いても差し支えなく，仮説は正しいと判断した。 また，今回の検証では純水を用いているが，実際の実験では溶液を用いるため，比重が異なることが心配されるが，希薄溶液であれば無視できるとして，１滴あたり０．０６ｍｌで考えていくこととする。
以上のことなどから，実験については以下のとおりで行うこととした。 準備：点眼瓶，反応皿，ｐＨ試験紙，比色表，０．１ｍｏｌ／ｌ塩酸，０．０２ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム水溶液 操作：① 点眼瓶に塩酸，水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ入れる。 ② 塩酸を反応皿に１滴ずつ，１０ヶ所のくぼみに滴下する（写真５）。 ③ ②の反応皿に水酸化ナトリウム水溶液を，初めのくぼみには１滴，次には２滴，･･･というように滴下する（写真６）。 ④ 反応皿のくぼみにｐＨ試験紙を浸し，得られた色と比色表でｐＨを判断する（写真７）。 ⑤ 水酸化ナトリウム水溶液の滴下量，ｐＨの関係を作図する。
５ 実証授業の流れと結果及び考察 まだ実証授業を行っていないため，以下に予備実験の結果および授業を行う際の流れを示す。
【予備実験】 実験結果：
得られた滴定曲線：得られた滴定曲線は以下のとおりであり，良い結果であった。
【授業の流れ（案）】
６ 実証授業の成果と課題 【課題点】 ・実証授業については，今後行いたい。 ・今回の研究では，滴定曲線の基本となる強酸－強塩基の場合しか検討しなかった。弱酸や弱塩基との組み合わせについても行えるはずであるため，更なる検討が必要である。 ・今回の滴定曲線の次のステップとして，「中和滴定」がある。予備実験の段階では良い結果が得られているため，このことについても研究を重ねたい。 鹿児島県立財部高等学校 教諭 大浦 竜二 |
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