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①リン酸は三段階
H₃PO₄ ⇄ H⁺ + H₂PO₄⁻
H₂PO₄⁻ ⇄ H⁺ + HPO₄²⁻
HPO₄²⁻ ⇄ H⁺ + PO₄³⁻
3つの陰イオンが存在する。すべて可逆反応であるためどれも緩衝作用を行うことができる。よって主に存在する陰イオンがわかればよい。
これらの電離平衡は[H⁺]すなわちpHに依存するため、陰イオンの存在比もpHに依存する。
pHをもとに平衡定数から存在比を求める。
(i),(ii),(iii)の計算がそれ。
主に存在するのは比が大きい2つとわかる。
つまり、すべて緩衝作用を行えるので、その中の主要なものを見つける、という計算。
②緩衝液は、弱酸・弱塩基とその塩の混合溶液。
①のpHではH₂PO₄⁻, HPO₄²⁻が主に存在するわけだから、第2中和の途中。
(第2中和が完了してしまうとH₂PO₄⁻が中和ですべてなくなってしまう。)
第1中和の計算のあと、
pH7.40のとき、①のような関係が成り立つわけだから、逆にその関係が成り立つようにしてやればpH7.40に調整できる。
つまり、
pH=7.40 ⇔ (ii)[HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻]=10⁰¹⁹=1.55
あとの計算は※②参照
これ、けっこう難しいですね…。
分かりにくかったらすみません🙏
H2PO4-とHPO4(2-)が主に作用し、後者が作用する為には、前者は全て作用されないといけないからまず、第1中和の体積を求めてるという事で合ってますか？？
その後の計算がよく分かりません💦すみません…たくさん質問してしまって…。
緩衝の原理(NaH₂PO₄)
H₂PO₄⁻ + H⁺ → H₃PO₄
H₂PO₄⁻ + OH⁻ → HPO₄²⁻ + H₂O
という感じで、pH変化を吸収。
電離度の関係としては
H₃PO₄ 電離度(大)
H₂PO₄⁻ 電離度(中)
HPO₄²⁻ 電離度(小)
上から順に中和、NaOHと反応するわけですね。つまり、NaOHを滴下する度、上から順に消費されてなくなっていくわけです。
第1中和では
H₃PO₄ + NaOH → NaH₂SO₄ + H₂O (不可逆)
H₃PO₄がなくなりNaH₂PO₄が生じます。
第1中和が完了した後、というのはH₃PO₄をすべて使いきってなくなった後、ということです。すべてがNaH₂PO₄に変換された状態です。
つまり、通常の中和と同様、中和完了時点では酸と塩基がすべて塩になった状態になります。酸がすべてなくなるわけです。第1中和ではH₃PO₄ですね。これがすべてなくなります。その代わり発生するのがNaH₂PO₄です。この時点ではNa₂HPO₄はまだありません。なので、第1中和は完了させて、次の中和にいかなければ、Na₂HPO₄が緩衝作用を行えません。第1中和は完了しなければなりません。ひとまずここで体積を求めておきます。それがVの計算です。
第2中和では次の酸としてNaH₂PO₄が消費されるようになります。
NaH₂PO₄ + NaOH → Na₂HPO₄ + H₂O
右方向に反応が進みます。NaH₂PO₄がどんどん消費されてなくなっていきます。
もし、第2中和が完了したとしたら、NaH₂PO₄がすべて消費されたということで、なくなった状態になります。残ってるのはNa₂HPO₄だけです。
これは①の状況に合わないわけです。
NaH₂PO₄が緩衝作用を行うはずなのに存在してないわけですから。存在してなかったら緩衝作用もできるはずがありません。だから第2中和は途中でなければなりません。
[まとめ]
Na₂HPO₄がある段階まで進まなきゃいけないから第1中和を完了させて第2中和にいかなきゃいけない。(ここまでがV)
でもNaH₂PO₄もあるようにするため、第2中和は完了させず、途中。(追加の体積。中和完了してないから中和の関係式は使えない)
そのあとの計算は、やっかいですよね…
また改めて書いてみます。ちょっとお待ちください。
本当に本当にありがとうございます！！！
何をしているのか、理解することができました！！！！！感謝してもしきれないくらいです！！！！！
①の緩衝液となる条件が
[HPO₄²⁻]/[H₂PO₄⁻]=1.55
ていうとこまでは大丈夫ですか？
↓
[H₂PO₄⁻] : [HPO₄²⁻] = 1 : 1.55
また、第1中和完了時点で、
H₃PO₄ + NaOH → NaH₂PO₄ + H₂O より
量的関係は、H₃PO₄ = NaOH = NaH₂PO₄
NaOHaqのモル濃度をc[mol/L], 体積をVとすると、NaOHの物質量はcV[mol]
H₂PO₄⁻も等量あり、cV[mol].
また、第2中和では、
NaH₂PO₄ + NaOH → Na₂HPO₄ + H₂O
開始│ cV │x[mL]滴下│0│
反応│-cv│-cx│+cx│[mol]
終了│c(V-x)│…│cx│[mol]
このときH₂PO₄⁻ : HPO₄²⁻ = 1 : 1.55 より
c(V-x):cx=1:1.55
cx=1.55c(V-x)
(1+1.55)x=1.55V
x=V×1.55/(1+1.55) ←追加したNaOHの体積
よって、
NaOHは全部でV+V×1.55/(1+1.55)
となる。
分かりました！！！
本当に本当にありがとうございました！！🙇♀️🙇♀️
いやー、長かったですね笑
もうちょっと簡潔に説明できたらよかったんですけど…、読むのも大変だったでしょう。お疲れさまでした☺
いやいや、本当に分かりやすく丁寧教えてくださり、時間を割いてくださり、ありがとうございました😊
化学式の数字も小さくなっていて、反応の式に区切りとかも付けてくださり、本当に読みやすくて、本当に本当にありがとうございます。この場では、言葉でしか感謝が伝えられないのが残念でならないのですが、本当に本当にありがとうございました。受験頑張ります！
頑張ってください！これからも応援しますよ！！
ありがとうございます！😭
丁寧にありがとうございます🙇♀️🙇♀️