炭酸ナトリウムを用いた中和の計算方法について

質問

教えてください。

pH=3の溶液を、炭酸ナトリウム（Na2CO3)1wt%溶液にて
中和する場合、どういった手法で計算するのでしょうか？。

苛性ソーダ(NaOH)ならば簡単に算出できるのですが・・。
強アルカリと弱酸の塩による中和なので、困っています。

活量とかを考慮せずに、簡単に求める方法とかないでしょうか？。
（近似計算でもかまいません。）
もし、簡単にだせる方法がなければ、力仕事に
なろうとも、ちゃんとした計算方法を教えてください。

以上、よろしくお願いします。

回答No.2

yoisho · ベストアンサー

pH がらみの計算は、通常、酸の解離平衡とイオン種のバランスの等式から、連立方程式を解くことで求めます。

（実際には、活量を考慮しないで正確に求めることはできないと思いますが、）
以下に、十分希薄な理想溶液（活量＝濃度）と仮定した場合の計算式を示してみます。
（正確には濃度に活量係数を乗じる必要がありますが、そうすると（活量係数は濃度に依存して変化しますので）、計算は相当困難になってしまいます。）

なお、このサイトでは上付き文字が使えませんので、( )内の文字が上付き文字として記述します。

[H(+)][HCO3(-)]／[H2CO3]＝Ka1
[H(+)][CO3(2-)]／[HCO3(-)]＝Ka2

イオンのプラスの電荷の和とマイナスの電荷の和は等しくなりますから、
[Na(+)]＋[H(+)]＝[Cl(-)]＋[HCO3(-)]＋2＊[CO3(2-)]＋[OH(-)]

pH7 ですから、
[H(+)]＝[OH(-)]＝10^-7
ですし、炭酸の pKa2 はたしか 10 ぐらいだったと思いますので、中性領域では右辺の [CO3(2-)] は誤差範囲（無視できる）と考えると、
[Na(+)]＝[Cl(-)]＋[HCO3(-)]

塩酸溶液に x 倍の（容積の）炭酸ナトリウム溶液を加えるとすると、
[HCl](Total)＝塩酸溶液の濃度／{1＋x}
[H2CO3](Total)＝x＊炭酸ナトリウム溶液の濃度／{1＋x}

また、
[H2CO3](Total) ＝[H2CO3] +[HCO3(-)]+[CO3(2-)]（これも右辺の [CO3(2-)] は無視できる）
また、塩酸は強酸ですから 100% 解離すると考えると、
[HCl](Total)＝[Cl(-)]

あとは、化学便覧ででも炭酸の解離定数を調べて、連立方程式を解いてみてください。
（あいまいな記憶ですが、たしか炭酸は濃度と活量の差異がけっこうあったような気がしますので、あまり正確な値は出ないかもしれません。）

回答No.1

ADEMU

ｐＨ３の溶液は何ですか？
これがわからないと回答はできません。
例えば、塩酸であれば簡単だと思うのですが。
炭酸ナトリウム標準液による滴定はやったことないでしょうか？
当量点は２点あります。当量点におけるｐＨを求めるわけではないのなら単純計算だと思います。

参考URL：

http://chemserv.b-ed.smz.u-tokai.ac.jp/chemilab/AcidBase/abcal/abcal.htm#No1

補足

pH=3の溶液は、強酸(HCl)によるものとしてお願いします。

目的pHは、7と考えております。

以上、よろしくお願いします。