中和滴定の問題なのですが教えてください

質問

炭酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの両方を溶かした試料水溶液１０mLを0.1mLを0.1mol/L塩酸で中和
滴定する
指示薬としてフェノールフタレインを用いた場合、変色点（変色点A）までに要した塩酸の滴下量は８ｍLであった。一方指示薬としてメチルオレンジを用いた場合、変色点（変色点B）までに要した塩酸の滴下量は１３mLであった。

ここで質問なのですが
NaHCO3の中和に要した塩酸は１３mL－８ｍL＝５ｍLとあったのですがなぜでしょうか？
そもそも変色点の意味は調べても分からなかったんですが

回答No.1

KURUMITO · ベストアンサー

指示薬はあるpH領域に溶液が成った時に色が変わるものです。
フェノールフタレインはpHが７．１から８．７付近で変色しますがメチルオレンジはpHが３．１から４．４で変色します。
ところでご質問の水溶液では炭酸ナトリムと水酸化ナトリウム、それに塩酸が加わるのですがいずれもそれぞれのイオンに解離して存在するものです。しかしながら炭酸イオンについては溶液のpH状態によって存在するイオン種が変わります。
それらは次のような式で考えることができます。
H2CO3　⇔　HCO3^- + H^+
HCO3^- ⇔　CO3^2- + H^+
これらの酸の解離状態は次の式で表すことができます。

K1 = [H^+]*[HCO3^-] / [H2CO3]

K2 = [H^+] * [CO3^2-] / [HCO3^-]

pH = -log[H^+] ですので上の二つの式はそれぞれ次のようにすることができます。

pH = -logK1 + log[HCO3^-]/[H3CO3]

pH = -lokK2 + log[CO3^2-] / [HCO3^-]

ところで25℃におけるK1及びK2の値は

-logK1 = 3.60
-logK2 = 10.25

となっています。このために　pH 3.6 の溶液では[HCO3^-]/[H3CO3]の濃度が１となりますし、pH10.25の溶液では[CO3^2-] / [HCO3^-]の濃度比が1となります。
フェノールフタレインの色が変わるpHではCO3^2-はほとんどなくなりHCO3^-のみが存在する状態となります。
ほとんど中性付近で炭酸イオンが炭酸水素イオンに変わるだけで二酸化炭素までに分解する反応は起こりません。

pH4程度になりますと
H3CO3はCO2 + H2O に分解する反応が進んで炭素は二酸化炭素となって失われることになります。このためメチルオレンジの変色点ではHCO3^-は完全に消失することになります。このために要した塩酸量が5mlということになりますね。

お礼

回答ありがとうございます　分かりやすかったです