質問: h2co3の電離平衡 「大気中の二酸化炭素は水に溶解して炭酸となり、生成した炭酸は以下の電離平衡状態になる。 h2co3 → hco3- + h+ ← 電離定数をka、純水1lに溶解したco2をcmol、電離度をαとする。 (1)平衡状態におけるphをc、kaを用いて表せ。 (2)大気中に二酸化炭素が0.03%含まれているとph=5.7となる そこで大気中の二酸化炭素の量が1/10になったとするとphの値はいくらになるか。ただしヘンリーの法則が成り立つ (3)二酸化炭素の水への溶解は発熱反応か吸熱反応か答えよ。」 という問題で困っています。 (1)はph=-log√(cka)となりました。(あってますでしょうか?) (2)なのですが、cmol、0.03%、5.7、1/10の関係がうまくわかりません。(1)の式に代入しようと思ったのですが0.03%の意味がわからずだめでした。 (3)はなんとなく発熱反応ではないかと予想したのですが、全くの勘で根拠もわからないため困ってます 回答いただけると幸いです。どうか宜しくお願いいたします
回答: (1) それでいいでしょう. (2) 0.03% という値自体はどうでもいいのです.重要なのは ka=[h+][hco3(-)]/[h2co3] で,近似的に [h+]=[hco3(-)] とおけるから (この近似は (1) で使っているわけですが),ka=[h+]^2/[h2co3] とおけ,kaは定数であること,[h2co3] の値はヘンリーの法則から気相のco2濃度に比例すること,です. つまり,co2 が 1/10 になったときの [h+] を考えると,[h+]^2/[h2co3] = ka で,通常(0.3%)であれば (10^-5.7)^2/[h2co3]' = ka (左辺,分母の ' に注意.前式の [h2co3] とは別の値)で,[h2co3] と [h2co3]' の間には 10[h2co3] = [h2co3]' の関係がある (ヘンリーの法則) ということです. (3) エントロピーはどうなるか考えてみるといいでしょう.