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緩衝作用に関する問題ですね。
緩衝作用の原理は次の2つです。
①CH₃COO⁻ + H⁺ → CH₃COOH
②CH₃COOH + OH⁻ → CH₃COO⁻ + H₂O
H⁺, OH⁻のどちらも上の反応によって消費されるため、pHはほとんど変わりません。これらの反応は左辺の物質CH₃COO⁻, CH₃COOHが多量に存在するため、右に向かって進行します。このようにH⁺やOH⁻を吸収できる物質が多量にあるので、緩衝作用が起こります。逆に言えば、緩衝液を作るにはそれらの物質が溶液中に多量に存在するようにしなければなりません。
ともかく、CH₃COO⁻が多量に存在するところに、少量のH⁺を加えると、次の反応が右に進行します。
CH₃COO⁻ + H⁺ → CH₃COOH
H⁺が少量であればほぼすべて消費されると思って差し支えありません。
塩酸のH⁺=1.0mol/L×(0.10/1000)L=1.0×10⁻⁴mol
がすべて消費されるので、
CH₃COO⁻ + H⁺ → CH₃COOH
変化量 -1.0×10⁻⁴ : -1.0×10⁻⁴ : +1.0×10⁻⁴ (mol)
となります。
あとは反応前の物質量がわかれば、反応後の物質量が求められ、それによりモル濃度が求められるので、電離定数から水素イオン濃度を求められます。
反応前のCH₃COO⁻の物質量ですが、
CH₃COONa → CH₃COO⁻ + Na⁺
すべて電離するので、溶かした酢酸ナトリウムの物質量と等しく、5.0×10⁻³molです。
CH₃COOHについては、
CH₃COOH → CH₃COO⁻ + H⁺
と少量電離するはずでしたが、先程のCH₃COO⁻が多量にあるせいでほとんど電離しません。よって、酢酸の物質量と等しく、
0.10[mol/L]×(100/1000)[L]=1.0×10⁻²[mol]
となります。よって、
反応後の物質量は、
CH₃COO⁻:5.0×10⁻³mol-1.0×10⁻⁴mol=4.9×10⁻³mol
CH₃COOH:1.0×10⁻²mol+1.0×10⁻⁴mol=10.1×10⁻³mol
となります。
難しいですよね。電離定数の使い方がなかなかつかみにくいところです。あといきなり出てくる近似も気持ち的に受け入れがたいものですね。
それはともかく、大事なのは化学反応式と物質量変化の関係をおさえることです。それは必ず書いて考えるようにしましょう。↓こんな感じのやつ。
CH₃COO⁻ + H⁺ → CH₃COOH
前) 1.2mol 0.2mol 0mol
変化量) -0.2mol -0.2mol +0.2mol
後) 1.0mol 0mol 0.2mol
はい！✋🏻
なるほど！ありがとうございます😊🙏🏻ここの単元は難しく感じます😶