pHについて

質問

以下の問い(A),(B)に答えよ。解答は有効数字2桁で示せ。ただし、25℃における水のイオン積は
Kw=1.0*10^(-14)[mol^(2)/l^(2)]、酢酸の電離定数はKa=2.75*10^(-5)[mol/l]、log[10]2.25=0.35、
log[10]2.75=0.44とし、以下の実験はすべて25℃で行ったものとする。

(A)少量の純水に1.0*10^(-2)molの水酸化ナトリウムを溶解してから。さらに純水を加えて1.0lとした。

問い１、純水のpHはいくらか

これは純水だから、[H+]=[OH-}だから[H+][OH-}=1.0+10^(-14)
[H+]=1.0*10^(-7)と分かりました。

問い2、水酸化ナトリウム水溶液のpHはいくらか

これが分かりません。[OH-]=1.0*10^(-2)mol/lと書かれているんですが、どうして-2乗なんでしょうか？

(B)酢酸0.10molと酢酸ナトリウム0.10molとを純水に溶かして、1.0lの水溶液とした。

問い３、酢酸と酢酸イオンのモル濃度はそれぞれいくらか

これはどうしてモルとモル濃度が同じ値なんでしょうか？

問い４、この水溶液のpHは求めよ

これは問い3が納得できてるとよく分かるんですが、ちょっと今の私には理解しがたいです。。

問い5、この水溶液に1.0*10^(-2)molの水酸化ナトリウムを溶解すると、溶液のpHはいくらになるか。
　　　　 なお、水溶液の体積変化は無視できるものとする。

これは本気で分かりません。教えてください。

おねがいします。

回答No.2

ht1914 · ベストアンサー

高校生ですよね。
（Ａ）と（Ｂ）とでは難しさに差があります。酢酸水溶液のｐＨを求めよという問題が（Ａ）と（Ｂ）の間に来るレベルです。
＃１では
＞問い４、５を実際にやってみてください。
と書かれています。でもイキナリでは多分出来ないことだろうと思います。極端に大きさの違う量が混じっている場面の中で近似を使わないといけません。考え方が難しいです。

途中まで丁寧にやってみます。
［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＋［ＣＨ３ＣＯＯ－］＝０．２　　（式１）
［ＣＨ３ＣＯＯ－］＋［ＯＨ－］＝［Ｎａ］＋［Ｈ＋］（式２）
［Ｎａ＋］＝０．１　　　　　　　　　　　　　　　　（式３）
［ＣＨ３ＣＯＯ－］［Ｈ＋］／［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＝Ｋ（式４）

平衡定数に従って平衡が移動していますから
［ＣＨ３ＣＯＯＨ］≠０．１
［ＣＨ３ＣＯＯ－］≠０．１
です。でも
［ＣＨ３ＣＯＯＨ］～０．１
［ＣＨ３ＣＯＯ－］～０．１
は成り立っています。問３ではこれを訊いています。０．１に近いですがいくらか変わっているのです。この変わっている分が［Ｈ＋］の値を変えるのです。これは難しい考え方ですね。

（式２）に（式３）の値を入れて２倍します。それを（式５）としましょう。（式１）－（式５）を求めて整理します。
［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＋２［Ｈ＋］＝［ＣＨ３ＣＯＯ－］＋２［ＯＨ－］
もし［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＝［ＣＨ３ＣＯＯ－］だとすると［Ｈ＋］＝［ＯＨ－］になりますから中性ですね。
［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＞［ＣＨ３ＣＯＯ－］の時　［Ｈ＋］＜［ＯＨ－］
［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＜［ＣＨ３ＣＯＯ－］の時　［Ｈ＋］＞［ＯＨ－］
です。どちらでしょうか。
わずかな差だと思いますがｐＨはこの差から出てきます。
そこで［ＣＨ３ＣＯＯＨ］～［ＣＨ３ＣＯＯ－］として［Ｈ＋］の値を見積もってみます。平衡の式を使います。
（式４）に［ＣＨ３ＣＯＯＨ］～［ＣＨ３ＣＯＯ－］を入れると
［Ｈ＋］～Ｋ～１０＾(－５)であること出てきますので酸性です。
これをｐＨに直すと問４です。
０．１０ｍｏｌから１０＾(－５)ｍｏｌ程度ずれるということですからわずかです。

問５は
［ＣＨ３ＣＯＯＨ］～０．１０－０．０１
［ＣＨ３ＣＯＯ－］～０．１０＋０．０１
を用いて平衡の式から［Ｈ＋］を求めます。

この問題は授業でやるとすると終わってからの説明が大事です。
問１、問２の結果と問４、問５の結果を突き合わせてｐＨの変化の大きさを比べてみる必要があります。計算だけをして終わったしまったのであればあまり意味がありません。
この問題は緩衝液の働きの説明をするためのものです。

回答No.1

Ichitsubo

問い２
水酸化ナトリウムの濃度が 1.0*10^-2 mol/L ですよね。

問い３
問題文を読んでませんね。
「～を溶かして、1.0Lの水溶液とした」のですから、
酢酸濃度は 0.10 mol ÷ 1.0 L ＝ 0.10 mol/L

問い５
酢酸と水酸化ナトリウムが中和し、酢酸ナトリウムが一定量できますよね。(そしてその分酢酸が減ってます。)
つまり問い４と同じことを値を変えてやればよいのです。

問い４、５を実際にやってみてください。