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解答が複数枚に分かれます
基礎事項
まず、pHは、－log[水素イオン濃度] でもとまる。
水素イオン濃度は、酸性の溶液のモル濃度×電離度×価数で求まる。
また、[水素イオン濃度][水酸化イオン濃度]=1.0×10^-14が成り立つ。
水酸化イオン濃度は、塩基性の溶液のモル濃度×電離度×価数で求まる。
※濃度とはモル濃度のこと。
モル濃度とは
溶液1Lあたりに含まれる溶質の物質量
ということは、すべて水素イオン濃度を求めればよい。
また、すべて強酸だから、電離度=1と考えられる
今回与えられた物質は希硫酸と水酸化カリウム。
すなわち、酸性の溶液と塩基性の溶液が与えられたので、中和反応がおこる。
希硫酸から出た水素イオンと水酸化カリウムから出た水酸化イオンの量に差はないか調べる。
希硫酸から出る水素イオンの量は、酸性の溶液のモル濃度×溶液の量×電離度×価数より、
0.040×10/1000×1×2=0.00080mol
水酸化カリウムから出る水酸化イオンの量は、塩基性の溶液のモル濃度×溶液の量×電離度
×価数より、0.060×10/1000×1×1=0.00060mol
水素イオンと水酸化イオンは1:1の割合で反応するから、
『今回は水素イオンが0.00080－0.00060=0.00020mol余る』ことがわかる
今回は10+10=20mLの溶液に0.00020molの水素イオンが溶けている。
⬇️×50 ⬇️×50
すなわち、溶液1L=1000mLの中に0.010molの溶質(水素イオン)が溶けている、とも言い換
えることができる。
すなわち、水素イオンのモル濃度は、0.010mol/L=1.0×10^-2mol/L
問題はpH、すなわち、－log[水素イオン濃度]を求めないといけない。
pH=－log[水素イオン濃度]
=－log(1.0×10^-2)
=2
分からなければ遠慮なく質問してください。
水素イオン濃度は、酸性の溶液のモル濃度×電離度×価数で求まる理由、
酸性溶液から出る水素イオンの量は、酸性の溶液のモル濃度×溶液の量×電離度×価数で求まる理由はわかりますか？
私は、
H2SO4＋2KOH→K2SO4＋2H2O
のように反応するから希硫酸と水酸化カリウムは1:2で反応すると考えたのですが、1:1なのですか？
うまく説明できないのですが、、
硫酸➡️硫酸イオン＋2水素イオン
水酸化カリウム➡️カリウムイオン＋水酸化イオン
希硫酸0.040mol/Lの溶液10mLには、
希硫酸が0.040×10/1000=0.00040mol(硫酸イオンが0.00040mol、水素イオンが0.00020mol)
水酸化カリウム0.060mol/Lの溶液10mLには、
水酸化カリウムが0.060×10/1000=0.00060mol(カリウムイオンが0.00040mol、水酸化イオンが0.00040mol)存在する。これを画像にしてみました。一つの○は0.00010molです。
上記の私のやり方では、とにかくpHということは、水素イオンの量と水酸化イオンの量に着目すればよい、という考え方で解きました。
希硫酸と水酸化カリウムは1:2で反応する
例えば、希硫酸1molと水酸化カリウム2molが反応する
1molの硫酸は水素イオン2molと硫酸イオン1mol、
2molの水酸化カリウムはカリウムイオン2molと水酸化イオン2molが結合しているから、
水素イオン2mol、硫酸イオン1molとカリウムイオン2mol、水酸化イオン2molが反応する、
とも言い換えられる。
すなわち、水素イオン2molと水酸化イオン2mol、硫酸イオン1molとカリウムイオン2molが反応する、と言い換えられる。すなわち、水素イオンと水酸化イオンは1:1で反応する。
これは、中和反応のときは、必ず水素イオンと水酸化イオンは1:1で反応しますよ。
この事に着目して解きました。
別解
反応式より、希硫酸と水酸化カリウムは1:2で反応する。
今回は硫酸0.00040molと水酸化カリウム0.00060molが用意されているから、1:2で反応する、ということは、硫酸0.00030molと水酸化カリウム0.00060molが反応する、ということ。
すなわち、硫酸0.00010molが余る。
硫酸0.00010molには、水素イオンが0.00010mol×2=0.00020mol含まれるから、
今回の混合溶液20mLには水素イオンが0.00020mol溶けていることになる。
すなわち、溶液1000mLには、水素イオンが0.00020×50=0.010mol溶けていることになる。
後は、上記のやり方と同じ
この事について始めて説明したので分かりにくいかもしれません。
分からなければ遠慮なく質問してください
酸性の溶液と塩基性の溶液の混合溶液のpHの考え方
酸性溶液中の水素イオンと塩基性溶液中の水酸化イオンは1:1の割合で反応して、
水(pH=7)になります(中和反応)。
ということは、もし、水素イオンの方が水酸化イオンより多ければ、水素イオンと水酸化イ
オンが結合して水もできますが、水素イオンが余るので、pHは7未満になります。
もし、水酸化イオンの方が水素イオンより多ければ、水素イオンと水酸化イオンが結合して
水もできますが、水酸化イオンが余るので、pHは7より大きくなります。
ちなみに、水素イオンの量と水酸化イオンの量が同じ場所、中性(pH=7)になりますよね。
続く