電離平衡【高校化学・化学基礎一問一答】

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一問一答

問１

【】に当てはまる用語を答えよ。

電離による平衡状態を【１】といい、そのときの平衡定数を【２】という。

【問１】解答/解説：タップで表示

解答：【１】電離平衡【２】電離定数

弱電解質（弱酸や弱塩基）を水に溶かすと、完全には電離せず次のような平衡状態に達する。

\[
CH_{3}COOH+H_{2}O⇄CH_{3}COO^{-}+H_{3}O^{+}
\]

このような平衡を（酢酸の）電離平衡という。

ここで、上の式を平衡定数の式で表すと、

\[
K=\frac{ ［CH_{3}COO^{-}］［H_{3}O^{+}］ }{ ［CH_{3}COOH］［H_{2}O］ }=一定
\]

この式中で、H₂Oは他の化学種に比べて多量に存在しているため、電離や平衡によって消費・生成する量は（相対的に）ムシすることができる。そこで、［H₂O］を一定とみなし…

\[
K［H_{2}O］=\frac{ ［CH_{3}COO^{-}］［H_{3}O^{+}］ }{ ［CH_{3}COOH］ }=一定
\]

このようにできる。

K［H₂O］を改めてK_aとおき、また［H₃O⁺］は［H⁺］の形で表しても良いことを考慮すると…

\[
K_{a}=\frac{ ［CH_{3}COO^{-}］［H^{+}］ }{ ［CH_{3}COOH］ }
\]

このような式が導き出される。

このK_aを（酢酸の電離平衡における）電離定数という。

※電離平衡・電離定数ついて詳しくは電離平衡（公式の導出・例・pHが絡む計算問題の解き方など）を参照

問２

以下の問いに答えよ。ただし、酢酸・アンモニアの電離度はどちらも0.010、水のイオン積（[H⁺][OH^–]）は1.0×10^-14、log₁₀²=0.3とする。

（１）0.20mol/Lの酢酸水溶液の電離定数K_a、水素イオン濃度[H⁺]、pHを求めよ。
（２）0.10mol/Lのアンモニア水溶液の電離定数K_b、水酸化物イオン濃度[OH^–]、pHを求めよ。

【問２】解答/解説：タップで表示

解答：以下参照

（１）

まずは電離定数K_aから求めていく。
問題文に酢酸の電離度は0.010と書いてあるので、上でやった【公式１】を用いると…

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

次に水素イオン濃度[H⁺]を求める。
公式３を使うと…

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

（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を求める。高校化学pH計算完全マスター講座！！で紹介した公式を用いると…

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

（２）

まずは電離定数K_bから求めていく。
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…

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

次に水酸化物イオン濃度[OH^–]を求める。
公式３を使うと…

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

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^–]=1.0×10^-14の関係を用いて[H⁺]を導く。

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

そして…

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

※電離平衡の計算問題の解き方について詳しくは電離平衡（公式の導出・例・pHが絡む計算問題の解き方など）を参照

電離平衡【高校化学・化学基礎一問一答】

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