質問: phについて 以下の問い(a),(b)に答えよ。解答は有効数字2桁で示せ。ただし、25°Cにおける水のイオン積は kw=1.0*10^(-14)[mol^(2)/l^(2)]、酢酸の電離定数はka=2.75*10^(-5)[mol/l]、log[10]2.25=0.35、 log[10]2.75=0.44とし、以下の実験はすべて25°Cで行ったものとする。 (a)少量の純水に1.0*10^(-2)molの水酸化ナトリウムを溶解してから。さらに純水を加えて1.0lとした。 問い1、純水のphはいくらか これは純水だから、[h+]=[oh-}だから[h+][oh-}=1.0+10^(-14) [h+]=1.0*10^(-7)と分かりました。 問い2、水酸化ナトリウム水溶液のphはいくらか これが分かりません。[oh-]=1.0*10^(-2)mol/lと書かれているんですが、どうして-2乗なんでしょうか? (b)酢酸0.10molと酢酸ナトリウム0.10molとを純水に溶かして、1.0lの水溶液とした。 問い3、酢酸と酢酸イオンのモル濃度はそれぞれいくらか これはどうしてモルとモル濃度が同じ値なんでしょうか? 問い4、この水溶液のphは求めよ これは問い3が納得できてるとよく分かるんですが、ちょっと今の私には理解しがたいです。。 問い5、この水溶液に1.0*10^(-2)molの水酸化ナトリウムを溶解すると、溶液のphはいくらになるか。 なお、水溶液の体積変化は無視できるものとする。 これは本気で分かりません。教えてください。 おねがいします。
回答: 高校生ですよね。 (a)と(b)とでは難しさに差があります。酢酸水溶液のphを求めよという問題が(a)と(b)の間に来るレベルです。 #1では >問い4、5を実際にやってみてください。 と書かれています。でもイキナリでは多分出来ないことだろうと思います。極端に大きさの違う量が混じっている場面の中で近似を使わないといけません。考え方が難しいです。 途中まで丁寧にやってみます。 ch3cooh]+[ch3coo-]=0.2 (式1) [ch3coo-]+[oh-]=[na]+[h+ [na+]=0.1 (式3) [ch3coo-][h+]/[ch3cooh]=k(式4) 平衡定数に従って平衡が移動していますから [ch3cooh]≠0.1 [ch3coo-]≠0.1 です。でも [ch3cooh]~0.1 [ch3coo-]~0.1 は成り立っています。問3ではこれを訊いています。0.1に近いですがいくらか変わっているのです。この変わっている分が[h+]の値を変えるのです。これは難しい考え方ですね。 (式2)に(式3)の値を入れて2倍します。それを(式5)としましょう。(式1)-(式5)を求めて整理します。 [ch3cooh]+2[h+]=[ch3coo-]+2[oh-] もし[ch3cooh]=[ch3coo-]だとすると[h+]=[oh-]になりますから中性ですね。 [ch3cooh]>[ch3coo-]の時 [h+]<[oh-] [ch3cooh]<[ch3coo-]の時 [h+]>[oh-] です。どちらでしょうか。 わずかな差だと思いますがphはこの差から出てきます。 そこで[ch3cooh]~[ch3coo-]として[h+]の値を見積もってみます。平衡の式を使います。 (式4)に[ch3cooh]~[ch3coo-]を入れると [h+]~k~10^(-5)であること出てきますので酸性です。 これをphに直すと問4です。 0.10molから10^(-5)mol程度ずれるということですからわずかです。 問5は [ch3cooh]~0.10-0.01 [ch3coo-]~0.10+0.01 を用いて平衡の式から[h+]を求めます。 この問題は授業でやるとすると終わってからの説明が大事です。 問1、問2の結果と問4、問5の結果を突き合わせてphの変化の大きさを比べてみる必要があります。計算だけをして終わったしまったのであればあまり意味がありません。 この問題は緩衝液の働きの説明をするためのものです。