Chemistry
มัธยมปลาย
เคลียร์แล้ว
キクについてなのですが未反応の酢酸とアンモニア分子の濃度が同じになるのは何故ですか？教えて頂きたいです。よろしくお願いいたします。
必要があれば,以下の数値を用いよ。
化学
(2科目
120分)
日本医科大
原子量
H: 1.00
N: 14.0
C: 12.0
0:16.0
Na: 23.0
Cl: 35.5
K: 39.0
S: 32.0
気体定数 R
8.30 × 103 Pa・L/(K・mol)
アボガドロ定数
6.00 x 1023/mol
水のイオン積
1.0 × 10-14 (mol/L)2
0°C 273 K
対数値
log 10 2 = 0.30
日本医科大
1 である。
(mol/L)-1
2020年度 化学 25
この反応の平衡定数 K を水の濃度が一定であるとみなして次式で表すと、その値はK=
(a)
K =
[CH3COO
[CH3COOH][OH
(b)
Hd
P
A-SA
~
C の文章を読んで ア~シ に適した数値または式を答えよ。
酢酸水溶液中で弱酸としてはたらき, 次のように解離ニウムイオン H3O+ と
酢酸イオン CH3COO を生じる。
CH3COOH + H2O CH3COO- +H3O+
平水の
雪の酸解離定数 Kは,希薄溶液では溶媒である水の濃度を一定とみなすことができるの
分子やイオンのモル濃度を[]で表して次式で与えられる。
Ka=
[CH3COO-][H3O+]
[CH3COOH]
酢酸のK』 を2.0×10 -5 mol/L とする。 0.20mol/L 酢酸水溶液中の酢酸の解離度
程度であるから,溶液中の酢酸分子のモル濃度 [CH3COOH] は 0.20mol/Lと近似で
にって、溶液のpHの値はアと求められる。 一方, 0.20mol/L 酢酸水溶液に純水
イ倍に希釈すると溶液のpHは4.70 になる。このときの酢酸の解離度の値は
ある。
液に水酸化ナトリウムを加えて中和するとき,水酸化ナトリウムは水溶液中で完
OHに解離するので、 中和反応式は次式で与えられる。
0
L
1
2
0
1
滴定率
2
見ていると
滴定率
図1滴定曲線
図1(a) は, 0.20mol/L 酢酸水溶液に水酸化ナトリウムを加えていったときの溶液のpH変
化の様子である。横軸の滴定率は,溶液中の酸に対して添加された水酸化ナトリウムの物質
量 [mol] の比である。ここで水酸化ナトリウムの添加にともなう溶液の体積変化はないもの
|とする。中和の当量点P における未反応率を次式の百分率で表すとオ%である。
当量点Pにおいて中和されずに残っている酢酸分子の物質量 [mol]
溶液に元々含まれていた酢酸の全物質量 [mol]
未反応率 [%]=
x 100
一方,図1(b)は, 0.20mol/L 酢酸水溶液にアンモニアを加えて中和したときのpH 変化の
様子である。 なお、ここでもアンモニアの添加にともなう溶液の体積変化はないものとしてい
る。 アンモニアは水溶液中で弱塩基として次のような平衡を生じる。
ADD NH3 + H₂O NH₁+ + OH
いま, 次式で表されるアンモニアの塩基解離定数K を 2.0 × 10-5mol/L とする。
Kb=
[NH+][OH-]
[NH3]
また, 水溶液中における酢酸とアンモニアの中和反応は次式で表される。
262020年度 化学
CH3COOH + NH3 CH3COO¯ + NH₁+
日本医科大
を用いた式で
カ
と表される。
この反応の平衡定数 K は次式で与えられ、酢酸の Ka, アンモニアのKb, 水のイオン積Kw
=
カ
[CH3COO-][NH,
K = [CH3COOH][NH3]
当量点 Qでは,未反応の酢酸分子の濃度 [CH3COOH] と未反応のアンモニア分子の濃度
[NHg] が等しいとみなすことができるので、 次の濃度比が
[CH3COO-
[CH3COOH]
[NH,*]
==
キ
日本医科大
文章を
1.01x105 Pa
以下では純
のとする。
溶媒に溶
この値
る。
あり、 その
1.01 x 105
ク
[NH3]
となることがわかる。 よって, 中和の当量点 QのpHの値は
ケ
と計算される。
一方,
に比例す
分圧PA
C
中和滴定の終点の決定には酸塩基指示薬が用いられる。酸塩基指示薬は,それ自体が酸ま
たは塩基としてはたらき,酸型と塩基型で色調が異なる有機色素である。 いま,指示薬 Xが
1価の弱塩基であり, 次式の平衡によって色調の変化を生じるとする。
が成
X + H2O → XH+ + OH-
塩基型
酸型
指示薬 X の塩基解離定数 K は次式で与えられる。
分
Kb=
[X]
[XH+][OH]08.0
溶液中で指示薬の酸型または塩基型のどちらか一方の濃度が他方の濃度の10倍以上になっ
たときに変色が完全に起こったと目視で判別できるものとすると, 指示薬の変色域の pH 範囲
は指示薬のK。 と± (プラスマイナス) とを用いた式で コ と表される。
00図1(a)の水酸化ナトリウムによる酢酸の滴定では, 滴定率 0.99~1.01 において pHの値
サ
~
シ の範囲で変化する。したがって,このpH範囲内で変色する種々の指示
薬を用いて,滴定終点の水酸化ナトリウム添加量を当量点Pに対して±1%以内の誤差で決定
することができる。これに対して, 図1(b) のアンモニアによる酢酸の滴定では,当量点Qの
前後の pH 変化量が小さいため,使用できる指示薬が限られることがわかる。
a=
<解答>
[CH3COOH]+[CHCOO
[CHCOO-
1.0
0.20mol/Lの酢酸水溶液を x 倍に希釈してpHが4.70 ([HO]
1.0+1.0 0.50
日本医科大
=2.0×10-) になったとすると、 解離度が0.50であることを利用して
[H30+] =
0.20
×0.50 = 2.0×10 -
x
..
x = 5.0×10倍
AA
B
エ.次式で示すように、酢酸の電離定数 Ka と平衡定数 K の逆数と
の積が水のイオン積になることを利用して
Ka K
-x
[CH3COOH] [CH3COO
2.0×10-5×k=1.0×10-
K
:.K=2.0×10°(mol/L)
HOÀNG MI
40mlocotol
1 [CH3COO ][H3O+] [CH3COOH][OH]
=[H3O+][OH-] 0.0
オ. 中和の当量点Pでは,中和により生成した酢酸ナトリウムの一部が,
次式で示すように加水分解を受け,溶液は塩基性を示す。 加水分解度をん
とすると
険しておく必要がある 08.0
CH3COO + H2O
加水分解前
0.20
CH3COOH + OH
加水分解量
平衡時
-0.20h
0.20(1-h)
(mol/L)
+0.20h
014
+0.20h [mol/L]
0.20h
0.20h [mol/L]
K=-
平衡時の各物質のモル濃度を平衡定数Kの式に代入する。
[CH3COO-]
より
[CH3COOH] [OH]
2.0×10°=_0.20(1-h
0.20hx0.20hH]
さらに, 1-h=1 と近似して
=4.0×108
h=5.0×10-5
したがって, 中和の当量点Pにおける未反応率は、与えられた公式から
0.20×5.0×10 -5
0.20
-×100=5.0×10 [%]
0.1
KXKw=
よって
[CH COO ][NHƯ T
[CH3COOH][NH3]
2020 年度 化学 (解答) 81
x[HO][OH]
×
[CH3COO ][HO*] [NH]{OH}
[CH3COOH]
=KaxKb
KaKo
K= Kw
K=-
K=
[NH]
バの式に平衡定数K. KK の各個を代入して
2.0×10-×2.0×10-5
1.0×10 -14
[CH3COO
[CH3COOH]
-=4.0×10^
[NH〟+]
×
[NH3]
=4.0×10 ...
①
当量点 Qでは,未反応の酢酸分子の濃度 [CH3COOH] と未反応のアン
モニア分子の濃度 [NH3] が等しいとみなせるので
[CH3COO]
[CH3COOH]
②を代入して
[CH3COOH] 2
[NH+] ......2
[NH3]
Choco
(TV)
Pa
zahth
AB that
AH-AF
[CH3COO-2
-=4.0×10^
[CH3COO-]
[NH]
[NH3]
-= 2.0×102
キ の結果を代入して=10g
2-419
h
(lad)-
カ、平衡定数K を3つの平衡定数 Ka, Kb, Kw を用いて表すと,
[CH3COO-] [HO+]
Ka=
[CH,COOH]
[NH][OH-]
およびKb=
より
[NH3]
[CH3COOH]
ケ酢酸の電離定数の式に
Ka=
[CH3COO-] [HO+]
[CH3COOH]
2.0×10=2.0×102x [H30+]
[HO+] = 1.0×10-7
pH=7.0
Q コ. 水のイオン積 [H+] [OH] = Kw より
[OH-]=
したがって
Kb=
Kw
[H+]
0
Kw
TO
-X-
[X]
[H+]
[XH*][OH]_[XH+]
[x]
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