二段階についてどうしても違和感がある

質問

２価の弱酸の炭酸Ｈ２ＣＯ３を強塩基のNaOHで中和滴定する場合を考えてみよう。
Ｈ２ＣＯ３⇔Ｈ＾＋＋ＨＣＯ３＾－・・・・(1)
ＨＣＯ３⇔Ｈ＾＋＋ＣＯ３＾２－・・・・(2)
Ｋ１＝[Ｈ＾＋][ＨＣＯ３＾－]/[Ｈ２ＣＯ３]＝１０＾－６．３・・(3)
Ｋ２＝[Ｈ＾＋][ＣＯ３＾２－]/[ＨＣＯ３＾－]＝１０＾ー１０．３
・・(4)
炭酸のように２価の弱酸であり、しかもＫ１とＫ２の差が大きい場合には、２段階滴定曲線が現れる。
Ｋ１＞＞Ｋ２ということは、Ｈ２ＣＯ３からＨ＾＋を取り去るよりも、
ＨＣＯ３＾－からＨ＾＋を取り去るほうがずっと難しいことを示す。
つまり、Ｈ２ＣＯ３aqにＮaＯＨaqを加えて滴定する場合、電離しやすい方の第一電離による中和が優先して行われることになり、電離しにくい方の第２電離による中和は第１電離による中和が終了するまで起こらないということである。
(3)、(4)がそもそも意味不明で理解できません。
Ｋ１＞＞Ｋ２だと難しいのがなぜか理解できません。

誰か、分かり易く教えてもらえませんか？？

回答No.4

noname#116453

そもそもK1、K2に単位がついていませんよね。なぜですか？単位を軽視しているんじゃないですか。単位を考えることは基本です。それを軽視する人にこの手の問題を理解することは出来ません。もちろん、ここでの濃度の単位はmol/Lなので、K1,K2の単位はL/molということになります。

実際に当量点のpHを計算するのはかなりややこしいので、簡単のために[HCO3-]=[H2CO3]になるときと[CO3^2-]=[HCO3-]になるときの（すなわちそれぞれの酸がほぼ半分中和された時点での）[H+]を考えてみれば、前者では1x10^-6.3 mol/L、後者では1x10^-10.3 mol/Lということになり、10000倍の差があります。滴定の操作であれば10000分の1というのは誤差範囲に隠れてしまいます。つまり、一方の滴定をしているときには他方は誤差に埋もれてしまうと言うことです。
もちろん、上記の議論は当量点での議論ではないので厳密ではありませんが、(3)(4)の意味がわからない人にはこれ以上の説明は難しいと思います。なにしろ、前の回答にもありますように、厳密に定義された式がわからないと言われると説明のしようがないと言うことです。自分で実際に手を動かして、多くの関連する問題演習でもして理解してもらうしかないと思います。また、実際にH2CO3,HCO3-,CO3^2-などの数値を想定して、それをK1やK2の式に入れて計算すれば[H+]（あるいはpH）は計算できます。この部分に関しては化学ではなく数学の問題です。

回答No.3

noname#103383

意図は分かりました。それでもやはり、アバウトすぎるなと言う印象を受けますが、その内に見えてくることがあるかも知れませんし、とりあえずは話を進めましょう。

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まずは、(1)K1=[h+] 云々の式を理解しなければ、(2)K1>>K2云々の話は見えてこないので(1)の方の話から進めましょう。

結論からして、「Ｋ１＝[Ｈ＾＋][ＨＣＯ３＾－]/[Ｈ２ＣＯ３]というのは、『定義である』」としか言い様がありません。１さんが指摘するように。そして、「＝１０＾－６．３」の部分は、実験でＫ１を測定してみた結果を表しています。

式の意味は、「Ｈ２ＣＯ３⇔Ｈ＾＋＋ＨＣＯ３＾－　での濃度の比[Ｈ＾＋][ＨＣＯ３＾－]/[Ｈ２ＣＯ３]は必ず一定になる。それがＫ１だ。」　ものすごくアバウトに言うと、「Ｈ２ＣＯ３、Ｈ＾＋、ＨＣＯ３＾－のうち、どれか１つの濃度を変えたら、他の２つの物質の濃度は変わらずに居られなくなる」という感じでしょうか。

言葉で表現するのはこれが限界です。これ以上詳しく話をするとなると、数式などを交えてごちゃごちゃ話をしなければなりません。あなたはそれを求めているのですか？　それを「わかりやすい」と思いますか？　こういう点、曖昧だと言っているのです。

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「Ｋ１＞＞Ｋ２だと難しい」というのは、色々濃度を変化させて計算してゆくと、「Ｈ２ＣＯ３　がほとんど　ＨＣＯ３＾－　に変わってから、　ＨＣＯ３＾－　が　ＣＯ３＾２－　に変わるようになりました。」ということなんです。「それって、Ｈ２ＣＯ３⇔Ｈ＾＋＋ＨＣＯ３＾－　という電離反応がほとんど終わってから、ＨＣＯ３⇔Ｈ＾＋＋ＣＯ３＾２－という電離反応がはじまるって考えられますよね。つまり、Ｈ２ＣＯ３がＨ＾＋の腕を、両腕ごと一気に抜かれていくんでなくて、まずは全てのＨ２ＣＯ３が片腕を失った状態になって、そして、もう片腕を失ってゆくって言う意味でしょ。」ということです。結局、Ｈ２ＣＯ３から片腕をぬくよりも、両腕を一気に抜くほうが難しい、ということを言っているのです。

このことを踏まえた上で、その「なぜ」を問いますか？　これを物性で理解しようとすると、大変に難しい話になります。

回答No.2

noname#103383

(1)あなたの質問の意図が理解できません。(2)あなたは一体何を教えて欲しいのでしょうか。(3)教えてください。

あなたの質問には(2)に当たる部分が抜けているので、それこそ「あなたの質問の意図が理解できません」。　だから、思った通りの回答が無いのではありませんか？　人を責める前に、自分の意図は正しく伝わっているのか、一度振り返ってみてはいかがでしょうか。

補足

僕が聞きたいのはＫ１＝[Ｈ＾＋][ＨＣＯ３＾－]/[Ｈ２ＣＯ３]＝１０＾－６．３・・(3)
Ｋ２＝[Ｈ＾＋][ＣＯ３＾２－]/[ＨＣＯ３＾－]＝１０＾ー１０．３
・・(4)
が何を表しているのかわからないから、要するにこの式は何が言いたいのか教えてほしいということとＫ１＞＞Ｋ２だと難しいのがなぜかわからないということです。

回答No.1

gohtraw

（３）と（４）が理解できないといわれても、これが二塩基酸の解離に関する平衡の式の定義なので。
　ある濃度の炭酸に対してＮａＯＨを加えていくとして、添加量を変化させたときに各化学種の濃度がどう変化するか計算してみては如何でしょう？

補足

＞　（３）と（４）が理解できないといわれても、これが二塩基酸の解離に関する平衡の式の定義なので。
要するに、貴方は説明するのが難しいから教えられないということですね。　
＞ある濃度の炭酸に対してＮａＯＨを加えていくとして、添加量を変化させたときに各化学種の濃度がどう変化するか計算してみては如何でしょう？
いつも回答してくれるのはありがたいんですが、いつも僕の回答から外れた回答が多いです。今回も、僕の疑問には無関係ですね。