水素イオン濃度

質問

０．１ｍｏｌ／ｌ　ＮａＣｌ溶液の水素イオン濃度

０．１ｍｏｌ／ｌ　塩酸と　０．１ｍｏｌ／ｌ　酢酸を１０ミリリットルずつ混合した溶液の水素イオン濃度

０．４ｍｏｌ／ｌ　塩酸と　０．１ｍｏｌ／ｌ　酢酸ナトリウムを１０ミリリットルずつ混合した溶液の水素イオン濃度

教えてください！

回答No.4

kokonoe · ベストアンサー

教科書引っ張り出して勉強しなおしてきました。
やっぱり、酢酸は弱酸ですので、塩酸のような強酸と混合するときは、その電離の影響は無視していいと思います……たぶん。有効数字２ケタ程度なら問題ないのでは。
さて、０．４ｍｏｌ／ｌ　の塩酸と０．１ｍｏｌ／ｌ　酢酸ナトリウムを混合したときの水素イオン濃度ですが、かなり乱暴なやり方でよいなら解法があります。

１．水素の電離によって生じる水素イオン等は無視するものとする。
２．酢酸の電離度は１に対し非常に小さい（無視できる）ものとする。
３．塩酸の電離度は１とする。
４．溶媒の化学反応による体積変化は無視できるものとする。
この前提のもとで話を進めますね。

まず、塩酸と酢酸ナトリウムを反応させると、塩化ナトリウムが生じ酢酸が遊離します（弱酸の遊離）。
つまり、１＊１０のマイナス３乗（モル）の塩酸と酢酸ナトリウムが反応して、
１＊１０のマイナス３乗（モル）の塩化ナトリウムと酢酸が生じ、
３＊１０のマイナス３乗（モル）の塩酸が反応せずに残ります。
塩化ナトリウムは水素イオン濃度に影響を与えないのでほっといて、
１＊１０のマイナス３乗（モル）の酢酸と、
３＊１０のマイナス３乗（モル）の塩酸が入っている、
２０ｍｌ　の水溶液について考えることにします。
ここで、計算の簡略化のため
Ｎを１＊１０のマイナス３乗（モル）、
Ｖを２０ｍｌ、
酢酸の電離度をａ、
とします。
すると、酢酸の濃度はＮ／Ｖ、塩酸の濃度は３Ｎ／Ｖとなりますね。
水素イオン分子の分子量（モル数）は、先ほどと同じように、
（Ｎ／Ｖ）＊ａ＊Ｖ＋（３Ｎ／Ｖ）＊Ｖ
イコールＮａ＋３Ｎ
イコールＮ（３＋ａ）
３＋ａイコール２＋１＋ａとして、前提２より近似すると、
水素イオン分子の分子量は３Ｎモルとなります。
これを体積Ｖで割れば、水素イオン濃度が出ます。
よって、求める濃度は０．１５ｍｏｌ／ｌ
あれ？　下の人の回答と矛盾が出ますね……
さっきの回答はともかく、この回答はかなり無茶をしているので信用しないほうがいいかも……。
ところで、「酢酸の平衡定数」は定義されているのでしょうか？　もし平衡定数の値が与えられているのなら、この回答はまったく意味をなさなくなるのですが（汗）

お礼

2回もありがとうございます！！ちょっとみなさんのを参考にがんばって考えてみますね。

回答No.3

kokonoe

今年高校卒業したばかりの若輩者です。化学の授業とかでこういう問題をたくさん解かされたので「経験者」としておきます（笑）

１．水のイオン積は１．０＊１０のマイナス１４乗とする。
２．酢酸の電離度は１に対し非常に小さい（無視できる）とする。
３．塩酸の電離度は１とする。
この前提のもとで話を進めさせてもらいます。

０．１ｍｏｌ／ｌＮaＣl溶液の場合
中性溶液なのでpＨが７、すなわち水素イオン濃度は１．０＊１０のマイナス７乗

０．１ｍｏｌ／ｌ塩酸と０．１ｍｏｌ／ｌ酢酸の混合溶液の場合
計算を簡略化するため、
Ｃ＝０．１ｍｏｌ／ｌ（塩酸、酢酸のもとのモル濃度）
Ｖ＝１０ｍｌ（塩酸、酢酸のもとの体積）
とします。また、水の電離によって生じる水素イオンや水酸化物イオンは無視するものとします。
この塩酸と酢酸を混合した時点での酢酸のモル濃度は、体積が倍になるわけですから、半分（Ｃ／２）になります。
ここで、水素イオンの分子数（モル数）は、
（Ｃ／２）＊ａ＊２Ｖ＋（Ｃ／２）＊２Ｖ
　（酢酸が電離して生じた分子と、塩酸の電離で生じた分子を足す）
（Ｃ／２）＊ａ＊２Ｖ＋（Ｃ／２）＊２ＶイコールＣＶ＊（ａ＋１）
ここで、前提２より、
ａ＋１ニアリーイコール１
と近似できるから、
水素イオンの分子数もＣＶと近似できます。
この分子数を体積で割ればモル濃度が出ます。つまり、
ＣＶ／２ＶイコールＣ／２
よって、水素イオン濃度は、０．０５ｍｏｌ／ｌ

……なんだか書いているうちに不安になってきた……こんな回答でいいんでしょうかね……（この解法だと水素イオン濃度と塩酸の濃度が一致してしまうから）
すいません、勉強しなおしてきます

回答No.2

myeyesonly

塩化ナトリウムは中性塩なので、水素イオン濃度に影響を与えません。
よって、これは元の溶液の水素イオン濃度そのままと思われます。
純水であれば、pH７ですから、

pH=-log([H+]/([H+][OH-])=7 、

水の電離の仕方は、１分子がH+とOH-になるので、

[H+]=[OH-]と先の式より、-log[H+]=７、ゆえに、[H+]=10^-7 mol/l　だと思います。

次のやつですが、0.1mol/l の塩酸と酢酸を当量混合した場合は、電離度を共に 100% （
つまり両方とも完全に電離している）と仮定すると、両方の酸を混ぜたときは体積も倍になるので、濃度的変化はなく、しかも両方とも１塩基酸なので、実質的に酸の濃度が水素イオン濃度になります。
すなわち、0.1mol/l ですが、実際には電離度は 100% ではなく、この位の濃度だと、0.9～0.98 前後であろうと思われます。従って、およそ、0.1mol/l 。電離度が異なる影響もあるでしょうから正確には答えられません。

最後のですが、塩酸と酢酸ナトリウムでは緩衝系が成立するので単純計算できません。
この組み合わせは Walpole の緩衝液として知られていますが、塩酸と酢酸ナトリウムのモル比は 2:1 までしか定義されておらず、その時の pH が、0.65 なので、それ以下であろうと思います。
ゆえに、10^-0.65=0.22 として、0.2 mol/l 以上と思います。

いずれにせよ、この問題は全て、計算で正確な答えを出せる問題ではないように思えますが・・・

誰か判る人、教えて～～～(^^ゞ

補足

酢酸の電離度は０．０１６くらいだと思います・・・。これ、ほんとは水素イオン濃度は求めなくてもいい問題なんですけど、先生が・・・。うーむ。

回答No.1

denden_kei

理系ですが化学屋さんではないので「一般人」にしました。なのでわかるところだけ。(文中の指数表示はTeX形式です。意味はありませんが。)

＞０．１ｍｏｌ／ｌ　ＮａＣｌ溶液の水素イオン濃度

イオン積(?)が10^{-14} (mol/l)^{2}と考えます。
OH-が10^{-1}(mol/l)なので求めるH+濃度は
10^{-14}/10^{-1} = 10^{-13} (mol/l)となります。

＞０．１ｍｏｌ／ｌ　塩酸と　０．１ｍｏｌ／ｌ　酢酸を１０ミリリットルずつ混合した溶液の水素イオン濃度

この場合、酢酸の分はどうあつかうのでしょうか？電離度はどう考えれば？

塩酸単独の場合H+は10^{-1}(mol/l)で、酢酸の代わりに水を同量加えると塩酸濃度が半分になるので水素イオン濃度は5*10^{-2}(mol/l)になりますね。ということはその間に解があると思いますが,,,,。全く答えになっていませんね。すみません。

ということで、専門家の方々、教えて下さい。お願いします。

補足

ありがとうございます。化学はむずい！宿題どうしよ・・・。