電離平衡【高校化学・化学基礎一問一答】

解答：【１】電離平衡【２】電離定数

電離による平衡状態を電離平衡といい、そのときの平衡定数を電離定数という。

参考：電離平衡（公式の導出・例・pHが絡む計算問題の解き方など）

解答：以下参照

（１）

まずは電離定数K_aから求める。問題文に酢酸の電離度は0.010と書いてあるので、上で紹介した【公式1】を用いると、次のようにK_aを求めることができる。

\[ \begin{align}
K_{a}&=cα^{2}\\
&=0.20×(0.010)^{2}\\
&=2.0×10^{-5}
\end{align} \]

次に、公式3を使って水素イオン濃度[H^＋]を求める。

\[ \begin{align}
[\mathrm{H^{+}}]&=\sqrt{ cK_{a} }\\
&=\sqrt{ 0.20×2.0×10^{-5} }\\
&=2.0×10^{-3}
\end{align} \]

（ちなみにこの場合は[H^＋]=cαを使っても求めることができる）

最後に【pH計算】定義から公式、求め方、希釈や混合が絡む問題などで紹介した公式を用いてpHを求める。

\[ \begin{align}
\mathrm{pH}&\mathrm{=-log_{10}［H^{+}］}\\
&\mathrm{=-log_{10}(2.0×10^{-3})}\\
&=2.7
\end{align} \]

（２）

まずは電離定数K_bから求める。問題文にアンモニアの電離度は0.010と書いてあるので、上でやった【公式１】を用いると、次のようにK_bを求めることができる。

\[ \begin{align}
K_{b}&=cα^{2}\\
&=0.10×(0.010)^{2}\\
&=1.0×10^{-5}
\end{align} \]

次に公式3を使って水酸化物イオン濃度[OH^–]を求める。

\[ \begin{align}
［\mathrm{OH^{-}}］&=\sqrt{ cK_{b} }\\
&=\sqrt{ 0.10×1.0×10^{-5} }\\
&=1.0×10^{-3}
\end{align} \]

最後にpHを求める。pHを求めるためにまずは問題文にある[H^＋][OH^ー]=1.0×10^ー14の関係を用いて[H^＋]を導く。

\[ \mathrm{［H^{+}］［OH^{-}］}=1.0×10^{-14}\\
\begin{align}
↔︎\mathrm{［H^{+}］}&=\frac{ 1.0×10^{-14} }{ \mathrm{［OH^{-}］} }\\
&=\frac{ 1.0×10^{-14} }{ 1.0×10^{-3} }\\
&=1.0×10^{-11}
\end{align} \]

この[H^＋]を【pH計算】定義から公式、求め方、希釈や混合が絡む問題などで紹介した公式に当てはめることでpHを求める。

\[ \begin{align}
\mathrm{pH}&\mathrm{=-log_{10}［H^{+}］}\\
&\mathrm{=-log_{10}(1.0×10^{-11})}\\
&=11
\end{align} \]

参考：電離平衡（公式の導出・例・pHが絡む計算問題の解き方など）