Chemistry
มัธยมปลาย
高校化学です。3枚目の赤線のように言い切れるのはなぜですか？（なぜCI2だけの存在割合なのでしょうか？ClO⁻はないのでしょうか？）
化学
問4
次の文章を読み, 後の問い (a~c)に答えよ。にはLO
塩素 Cl,次亜塩素酸 HCIO,次亜塩素酸イオン CIO は殺菌作用をもち、
これらは遊離有効塩素とよばれる。 水道水の殺菌・消毒には主に次亜塩素酸ナ
トリウム NaCIO が用いられている。 HCIO および CIO - は,強い
をもち,電子を
ア作用
自らは塩化物イオン CIに変化する。 この過程で
殺菌効果を発揮する。までに20m
また, HCIO は弱酸であり, 水溶液中での電離は次の式 (7) で表され, HClO
の電離定数 Ka は式 (8) のようになる。
HCIO ← H+ + CIO ¯
Ka=
[H+] [CIO-]=3.0×10 - mol/L
[HCIO]
(8)
遊離有効塩素(Clz, HCIO, CIO-) のそれぞれの存在割合 (遊離有効塩素の全
物質量に対する各成分の物質量の割合) は,水溶液のpHによって異なり,酸
性が強くなると Cl2 の存在割合が、塩基性が強くなると CIO - の存在割合が大
きくなる。図2は, 遊離有効塩素に含まれる HCIO の存在割合と pH の関係を
示したものである。
HCIO の存在割合(%)
100
90
AgNO
80
285030200
0
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
図2 遊離有効塩素に含まれる HCIO の存在割合とpHの関係
<-44-
(083,0sH)
pH が 7.00 のときのHCIO の存在割合は何%か。 その数値を整数で次の
•
麺
形式で表すとき, 11 12 に当てはまる数字を,後の①~⑩のうち
からそれぞれ一つずつ選べ。 ただし, 数値が1桁の場合は 11
Im 01 TRE
⑩を選
べ。 また, 同じものを繰り返し選んでもよい。
の物質量は
10×10molx
500mL
10 mL
=5.0×10-3mol
した
電解槽Iと電解槽IIは並列につながれているので,
質量は,
50×10-3mol×2=1.0×10~2mol
050A で 9650 秒間電気分解を行ったので, 回路全
e
体に流れたの物質量は,
0.50A×9650s
9.65×10*C/mol
5.0×10-2 mol
よって、 式(面)より, 電解槽IIを流れた電子 e の物
HCIO の存在割合(%)
100
0
CIO の
50
HCIO の
存在割合
50
存在割合
CIO の存在割合(%)
作用
op
亜
0
100
12 4 6 8
10 12 14
図より,pH 7.00 のとき, Cl2 の存在は無視するこ
とができる。
の
式(8) より pH が 7.00, すなわち [H+] = 1.0×10-7
mol/Lのとき,
e"は電解槽Iと電解槽 II に分かれて流れる。 よって,
解槽Iに流れたeの物質量は,
金
5.0×10 mol-1.0×10™ mol=4.0×10mol
式(ii)より, 電解槽 I に流れたe の物質量と析出し
銀Ag (式量108) の物質量は等しいので,析出した
Agの質量は,
108g/mol×4.0×10mol= 4.32g ≒4.3g
よって, [HCIO] [CIO-]=1:0.30=10:3であり,
HCIO の存在割合は,
[CIO-]
[HCIO]
Ka 3.0×10mol/L
[H+] 1.0×10mol/L
れ
=0.30
[HCIO]
-x100=
[HCIO] + [CIO]
10
10+3
-x100
=76.9 (%) ≒77 (%)
|11| ...⑦, 12 ...
9
塩素の化合物(酸化還元,電離平衡)
C 次亜塩素酸ナトリウム NaCIO (CIO-) が酸化剤
としてはたらくときの反応式は,
素
a
次亜塩素酸 HCIOは酸化作用をもち, 塩化物イ
オンCIに変化するとき,電子 e を受け取り、自ら
は還元される。
CIO' + 2H+ + 2e → CI + H2O (ii)
過酸化水素 H2O2が還元剤としてはたらき, 酸素 O2
が発生するときの反応式は,
り
今
(iii)
仁
HCIO + H+ + 2 e → CI + H2O
10 ... ②
b 酸性が強くなると塩素 Cl2 の存在割合が, 塩基
性が強くなると次亜塩素酸イオン CIOの存在割合が
大きくなることは,次のように考えることができる。
Cl2 と水H2Oの反応は, 式 (i) で表される。
H2O2 → O2 + 2H+ + 2e¯
式 (ii) +式(iii) によりe を消去し,さらに Na+ を加え
ると,
→ NaCl + H2O + O2 (iv)
NaClO + H2O2
Cl2 + H2O HCI + HCIO
式(i)の平衡が成り立っている水溶液に酸を加える,
すなわちpHを小さくすると,ルシャトリエの原理に
より,式(i)の平衡は左に移動する。よって, pHが小
さいときには Cl2の存在割合が大きくなる。
(i)
NaClO :
NaCIO (式量 74.5) を質量パーセントで 5.0% 含む密
度1.2g/cm3の塩素系漂白剤 10mLとH2O2 (分子量
34) を質量パーセントで 2.0%含む密度1.0g/cm3の
酸素系漂白剤 10mL中の NaCIO, H2O2の物質量は,
1.2g/cm×10mLx
74.5g/mol
5.0
100
加える すなわち pHを大きくすると,ルシャトリエ
また、式(7) の平衡が成り立っている水溶液に塩基を
の原理により,式(7) の平衡は右に移動し, CIOの存
在割合が大きくなる。
34 g/mol
=5.88×10mol
式(iv)より NaCIO とH2O2は物質量比1:1で反応す
あるので,H2O2がすべて反応し、発生する O2の物質量
は,
=8.05×10-mol
2.0
81.0g/cm×10mLx
100
H2O2 :
-141-
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