緩衝液調製

質問

初めまして。どうしても分からない問題が出てきたので、今回初めて質問させていただきます。
0.2mol/L酢酸-酢酸ナトリウム緩衝液(PH=4.80)500mLを調製するのに必要な酢酸および酢酸ナトリウム(CH3COONa:82.04)の質量(g)を求めよ。

0.2mol/Lアンモニア-塩化アンモニウム緩衝液(PH=9.0)500mLを調製するのに必要な局方アンモニア水(5.87mol/L)の容量と塩化アンモニウム(NH4Cl:53.49)の質量を求めよ。

この2問がどうしてできませんでした。教科書や問題集にも載ってないですし、ネットでも必要な体積の求め方ばかりでしたし、条件も合いませんでした。
できれば12月7日までに回答していただけるとうれしいです。
よろしくお願いします。

回答No.2

nious · ベストアンサー

#1です・

v≦0.5 が条件と言うのは、0.5L(500ml)を調製する訳だから当然でしょう。

質量収支 ： 0.2M＝[NH3]＋[NH4^+]

質量作用則 ： [H^+][NH3]/[NH4^+]＝Ka → [NH3]＝[NH4^+]Ka/[H^+]

2式から、 0.2M＝[NH3]＋[NH4^+]＝([NH4^+]Ka/[H^+])＋[NH4^+]＝[NH4^+]{(Ka/[H^+])＋1}

従って、[NH4^+]＝0.2/{(Ka/[H^+])＋1}＝0.2[H^+]/([H^+]＋Ka) と表せます。

お礼

回答ありがとうございます。1年の時からこんなに難しい問題が出るとは、この先が心配です。
また質問させていただくことがあるかもしれませんが、その時はよろしくお願いします。

回答No.1

nious

NH3 の緩衝溶液の解法例を記しますので参考迄に。

全てのイオンの活量係数は1と見做し、NH4^+ のpKa＝9.24 とします。

5.87MのNH3をv(L)、NH4Clをx(mol)、それぞれ加えるとしましょう。

最終的に純水を加えて0.5Lに調整するなら物質収支は、

0.2M＝[NH3]＋[NH4^+]＝(5.87v＋x)/0.5 ‥(*) (v≦0.5 が条件)

NH4^+ ⇔ H^+ + NH3

(*)と質量作用則から、[NH4^+]＝0.2[H^+]/([H^+]＋Ka) と表せます。

電荷収支から、[H^+]＋[NH4^+]＝[CI^-]＋[OH^-]

[H^+]＋{0.2[H^+]/([H^+]＋Ka)}＝(x/0.5)＋(Kw/[H^+])

pH＝9 より [H^+]＝10^(-9) を代入すると、

x＝0.06347(mol)、x・53.49＝3.40(g)

(*)から v＝0.006223L＝6.22(ml)

これに純水を加えて500mlに調整すればよい筈です。

補足

回答ありがとうございます。こちらを参考に酢酸の方も解いているのですが、この回答の式で、質量作用則からどうすれば、[NH4^+]＝0.2[H^+]/([H^+]＋Ka)という式が導き出せるのでしょうか？
また、(*)式でどうしてv≦0.5 が条件になるのでしょうか？