2013.4.25 演習 酸塩基反応 3:緩衝作用 SEN 名前 0.1M 酢酸ナトリウム溶液 20mL に、0.1M 酢酸溶液 10mL を加えた。この溶液の pH を求めよ。か い離定数は別紙を参照のこと。 ヒント ① 濃度から、混合前の溶液の酢酸ナトリウムと酢酸の「量(単位は mol)」を求めると計算しや すい。 混合前 CH3COONa(すなわち CH3COO-)の量(mol)は CH3COOH の量(mol)は 。 。 混合後 酢酸ナトリウム(濃度は 0.2mol/L)と酢酸(濃度は 0.2mol/L)の混合溶液が 10mL ある。 ①この溶液の pH を求めよ。かい離定数は別紙を参照のこと。 この溶液に 0.1mol/L の塩酸 1mL を入れた。 ②塩酸添加後の溶液の pH を求めよ。 ただし、塩酸は全てかい離するものと考える。 ①の解答 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 質問「酢酸+酢酸塩溶液の pH が 4.76 となる(こんなに低下する)のはなぜか?」に対する回 答 前回の演習「弱酸と弱塩基」の問題「0.1M の酢酸(CH3COOH)溶液の pH を求めよ。」の解答 は pH=2.9。弱酸でも、高濃度になると pH は低下する。 この問題では「0.2M の酢酸(CH3COOH)溶液に酢酸ナトリウム塩」が添加されている。 酢酸溶液では の反応が生じ、これに酢酸ナトリウム塩(すなわち )を加えると反応が右から左に 進む。その結果 pH が 4.76 になる。 pH=4.76 は H+濃度としては 10-4.76M。 酢酸の濃度 0.2M よりも 3 ケタ低い。 よって、酢酸は、単独で水中に存在している時よりも(演習「弱酸と弱塩基」の問題)、酢酸塩 を添加した時にはほとんどかい離しないことが分かる。 よって、計算を簡単にするために、「平衡時の 濃度」は酢酸濃度と等しい、と近 似してよい。 「このように近似したら、酢酸から H+が出てこないので、pH は 7 ではないか?」という質問が あったが、上述のように、酢酸から 10-4.76M という極微量の H+が放出されているため、pH は 4.76 になる。 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ②の解答 ヒント ① 表を完成させる。 濃度から、塩酸添加前の溶液の酢酸ナトリウムと酢酸の「量(単位は mol)」を求め、こ の後に塩酸添加後の各物質の「量」を求めると計算しやすい。 CH3COO0.2M CH3COOH 0.2M H+ 0.2M 0.01L =0.002mol 0.002mol-0.0001mol =0.0019mol 0.2M 0.01L =0.002mol 0.002mol+0.0001mol =0.0021mol 0.1 0.001mol =0.0001mol 求める数値 時間 塩酸添加前 塩酸添加直後 (量(mol)) 塩酸添加後(平 衡状態) (量(mol)) 塩酸を添加すると、水中のCH3COO-が消費される。 この問題に限っては、H+に対して CH3COO-が過剰にあるので、塩酸由来の H+は完 全に CH3COO-と反応すると仮定してよい。 (CH3COO-が過剰に存在しない場合は、塩酸由来の H+が残存し、大きく pH が変わる。 すなわち、緩衝能力の限界を超えた酸が添加されたことになる。) 水 10mL に 0.1mol/L の塩酸 1mL を入れた。塩酸添加後の溶液の pH を求めよ。 。 以上から、酢酸が確かに緩衝能をもっていることが分かる。 この問題のねらい 上記の問題を比べ、酢酸の緩衝作用を理解する。 pH=10の緩衝溶液を100mL作りたい。弱塩基として濃アンモニア水(濃度は14.8M)と塩化アンモ ニウム塩(NH4Cl)を使う。NH4Cl の濃度は 0.2M とする。アンモニア水の体積は無視する。 ①何 g の NH4Cl が必要か計算せよ。原子量は N:14、H:1、Cl:35.5 とする。 ②何 mL の濃アンモニア水が必要か計算せよ。 ①の解答 ②の解答 必要な濃アンモニア水のモル濃度を求める。 なので 、 、 。 なので
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