物質収支

質問

分析化学の授業で物質収支というものがでてきたんですが全く理解できません・・・。
どなたかわかりやすい例とかで教えてください！

回答No.5

shkwta · ベストアンサー

No.4の補足への回答です。

No.4では、物質量の関係を式で書きましたが、このように物質量が計算上合っていることが必要なのであって、一般にH^+ を式に含むか含まないかが決まっているわけではありません。

ただし、酸HAや塩基Bで、

　HA ⇔ H^+ ＋ A^-
　B ＋ H^+ ⇔ BH^+

という平衡の場合は、A^- や BH^+ は溶かしたHAやBだけから生じ、他の発生源は無いという条件になっている場合が多いと思います。その場合は全濃度をそれぞれ Ca, Cb とすると、No.4に書いたのと同様の計算で、

　Ca = [HA]＋[A^-]
　Cb = [B]＋[BH^+]

が成立します。わかりにくい場合は補足してください。

お礼

わかりました！ありがとうございましたぁ♪

回答No.4

shkwta

この式のＣaは酢酸の全濃度（分析濃度）であり、酢酸の x mol を正確に量り、水に溶かして 1 L とすると、Ｃa＝x mol/L となります。

この水溶液の中で、酢酸が電離します。

　ＣＨ3ＣＯＯＨ⇔ＣＨ3ＣＯＯ^- ＋ Ｈ^+

電離する酢酸の量を y mol とすると、上の反応式から、酢酸イオン y mol と、水素イオン y mol が生じることがわかります。
溶かした酢酸の量は x mol ですから、電離しない酢酸の量は、(x - y) mol です。したがって、溶液中には、ＣＨ3ＣＯＯＨが (x - y) mol, ＣＨ3ＣＯＯ^- が y mol あります。
　※ただし、水素イオンについては、水の電離でも生じ、その量は y mol とはいえません。

溶液の体積は 1 L ですから、それぞれのモル濃度は、

　[ＣＨ3ＣＯＯＨ] ＝ (x - y) mol/L
　[ＣＨ3ＣＯＯ^-] ＝ y mol/L

したがって、

　　[ＣＨ3ＣＯＯＨ] ＋ [ＣＨ3ＣＯＯ^-] ＝ x mol/L ＝ Ｃa

以上です。納得いただけましたか？
よくわからなかったら、補足してください。

補足

ありがとうございました！要するに基本的にはＨ＋を含めないと考えたほうがいいでしょうか？

回答No.3

shkwta

No.1の補足への回答です。

H[+]やOH[-]が反応に関係している場合は、それらは当然物質収支に含まれます。
No.1の回答でいえば、（エ）の式がそうです。

＞物質収支にＨ＋やＯＨ－を含まないのはなぜでしょうか？

含まないことはありません。何かの本に含まないと書いてあるのでしょうか。もしそうなら、私が思っている物質収支の話と異なるので、前後の部分などの説明をお願いします。

補足

エの式は電気的中性の式なのでＨ＋やＯＨ－が関与するのは分かります。でも例えば
ＣＨ３ＣＯＯＨ⇔ＣＨ３ＣＯＯ－　＋　Ｈ＋
という反応式から物質収支は

Ｃa＝〔ＣＨ３ＣＯＯＨ〕＋〔ＣＨ３ＣＯＯ－〕＋〔Ｈ＋〕とならずにＣa＝〔ＣＨ３ＣＯＯＨ〕＋〔ＣＨ３ＣＯＯ－〕となるのが理解できません。Ｈ＋がなぜ含まれないのでしょうか？

回答No.2

kei533

少し飛躍して言えば家計簿のようなものです。一家の入金と支出、残金は日々かわりますが、一月前と今月の収支は
　一月前の残金＋今月の総収入＝今月の総支出＋今月の残金
となります。物質を取り扱うとき一つの系で、事前・事後の収支は必ずバランスします。例えば体重55kgの人が一日に食物、飲料水、呼吸で空気中の酸素など含めて3.5kg取り込み、便や尿、汗や呼気に炭酸ガスの排出物の総量が3.4kgとすれば体重は100g増えたと誰でも計算できますね。体重が100g増えていなければ、どこかに間違いがあるのです。出入りを固形分、水、ガスと分け表しても良いし、さらに固形分を炭水化物、脂肪、たんぱく質、無機物、その他、水、ガスを水蒸気、酸素、炭酸ガスなど更に細かく分けても収支は合って、消えてなくなることはありません。空気中の窒素は気圧が一定なら体内に取り込まれないので無視してもよく、すべてを測定して加えて差し支えません。化学反応を伴っても、単なる相(気体、液体、固体)の変化だけでも物質の収支はバランスします。手品のように消えたように見えても分からないだけです。
化学を習ったのに収支が合わぬのに平気な人がいますが、物質収支は化学でも必須です。

参考URL：

http://wwwsoc.nii.ac.jp/cgi-bin/jsac/treebbs.cgi?vew=2211

お礼

分かりやすい例ありがとうございました！

回答No.1

shkwta

つぎの例で、（ウ）（エ）が物質収支式です。
なぜ（ウ）（エ）が成り立つのかなど、よくわからなかったら補足してください。
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(例)アンモニアを水に溶かしたとします。
アンモニアの全モル濃度をCt とします。

水溶液中で起こる反応は次の２つ。
　NH3 + H2O ⇔ NH4[+] + OH[-]　　（ア）
　H2O ⇔ H[+] + OH[-]　　　　　　（イ）

溶かしたアンモニアは、NH3かNH4[+]のどちらかになっているので、

　Ct = [NH3] + [NH4[+]]　　　　　（ウ）

（ア）でできるOH[-]の物質量はNH4[+]の物質量に等しく、（イ）でできるOH[-]の物質量はH[+]の物質量に等しいので、

　[OH[-]] = [NH4[+]] + [H[+]]　　　（エ）

アンモニアの酸解離定数と水のイオン積は、

　pKa = [H[+]] [NH3] / [NH4[+]]　　（オ）
　Kw = [H[+]] [OH[-]]　　　　　　　（カ）

（ウ）（エ）（オ）（カ）を連立方程式として解けば、Ct,pKa,Kwから [H[+]], [NH3], [NH4[+]], [OH[-]]が求められます。

補足

物質収支にＨ＋やＯＨ－を含まないのはなぜでしょうか？