質問: 緩衝溶液の問題 現在、「緩衝溶液」の分野を勉強していますがわからない問題があります。これは大学受験用参考書に載っている問題です。どなたかおわかりになる方がいらっしゃれば教えていただきたいと思います。宜しくお願いいたします。 問題は 0.10mol/lの酢酸水溶液10mlに0.10mo/lの水酸化ナトリウム水溶液5.0mlを加えて、緩衝溶液をつくった。この溶液のphはいくらか。ただし酢酸の電離定数をka=1.8*10^-5mol/l, log1,8=0.26とする。 です。 ch3c00h→ch3c00- + h+・・・(1) ch3cooh+naoh→ch3c00na+h20・・・(2) 解答は、 中和後残ったch3coohの濃度は0.033mol/l・・・(3) また、生じたch3c00-の濃度は、 0.10*5.0/1000*1000/15=0.033mol/l. ・・・(4) ch3coohの電離によって生じる[h+]をxとすると、平衡状態におけうモル濃度は次のようになる。 ch3c00h・・・0.033-x h+・・・x ch3c00-・・・0.033+x ここでxの値が小さいので、0.033-x=0.033, 0.033+x=0.033とみなすと、[x+]=kaとなり、ph=4.7 となっていました。(3)はわかりましたが、(4)がわかりません。 生じたch3c00-というのはどれをあらわすのでしょうか?(1)のもののみでしょうか?それとも、(2)のch3c00naも電離してch3c00-を生じるのでしょうか?たとえそうだとしてもどうして(4)の式になるのかわかりません。 また酢酸の問題のときにはいつも電離度をαとおいて利用すると思うのですが、今回は使わないのは電離度はこの問題には必要ないということでしょうか? 私の勉強不足なのですが質問する人がいないため、困っています。どなたかご存知の方がいらっしゃれば、教えていただきたいと思います。また説明不足の点があれば補足させていただきますので宜しくお願いいたします。
回答: 解答そのものが不親切で、曖昧だと思います。 内容からすると(4)で示されているのは、「naohと反応した酢酸の濃度」、すなわち「加えたnaohの濃度」ということになります。つまり、(2)に相当するものです。 現実には、それが加水分解されて酢酸に戻る可能性もありますし、未反応の酢酸((3)に相当するもの)の解離((1)に相当するもの)もありますので、現実のch3coo-の濃度とは別のものです。 それ以降の計算には1つの仮定があります。すなわち、この緩衝溶液は、(3)に相当する酢酸の解離によって弱い酸性になっているということです。 その際に、(4)(あるいは(2))で示した濃度のch3coo-に加えて、新たに(3)の酢酸の内の一部が解離して(すなわち(1)の平衡によって)ch3coo-になっており、それに由来するch3coo-の濃度をxとしています。 当然、この解離によって生じるh+の濃度もxになります。 その次の近似計算は、酢酸が弱酸であることに基づいて、x<<0.033としています。すなわち、弱酸なので、0.033mol/lの内で解離している割合が微少であるという意味です。 なお、電離度は必要ありません。kaが電離度のかわりになります。 なお、最近の大学入試問題の範囲についてはよく知りませんが、よく知りませんが、範囲を逸脱しているのではないかという印象を受けます。