10mM HClのpH

質問

10mM HClのpHを知りたいです。理論的に算出可能でしょうか？

回答No.3

naomi2002

＞酢酸、リン酸、硫酸でpH=2の水溶液50mLを調整したいのですが、各々何mLの酸と何mLの蒸留水を混ぜ合わせればよいのでしょうか？

(1)硫酸の場合
H2SO4 → 2H(+) + SO4(2-)

（注）イオンの+、-が紛らわしいので(+)、(-)のように書くことにします。

硫酸は2価の酸なので塩酸の半分の濃度で、同じ濃度のH(+)が生じます。No.1でお答えしたように、塩酸は10mMでpH=2になります。したがって硫酸の場合は、H2SO4が5mMになるようにすれば良いはずです。
分子量=98 (g/liter)、体積 = 50ml = 0.050 liter
よって必要なH2SO4の量は
98×0.005×0.050 = 0.0245 g
これを水に溶かして50mlにすれば良いと思います。

(2)酢酸、リン酸の場合
いずれも弱酸ですから
HA ⇔ H(+) + A(-)
のKaの値を用いて計算します。
酢酸の場合は１段階電離なので難しくないと思います。
リン酸は３価の酸で、次のように電離します。

H3PO4 ⇔ H(+) + H2PO4(-) 　Ka1 = 7.5×10^(-3)
H2PO4(2-) ⇔ H(+) + HPO4(2-) 　Ka2 = 6.2×10^(-8)
HPO4(-) ⇔ H(+) + PO4(3-) 　Ka3 = 4.8×10^(-13)

第１段階の電離で生じたH2PO4(-)がさらに第２、第３の電離をするのですが、そもそも第１段階の電離で生じるH2PO4(-)が少ない上に、第２、第３の電離反応のKaは第１段階のKaより５桁ずつ小さいので、第２、第３の電離はこの場合は無視できます。
第１段階の電離の式について、No.2でお答えしたようにKa = [H+][A-]/[HA]の式に数値を入れて計算すれば答えが出ると思います。
私の計算ではリン酸の濃度は13.3mMと出ました。

なお、教科書的にはこのようになりますが、実際に測定したら、必ずしもこの通りになるとは限りません。教科書的な計算では濃度＝活量としていますが、実際にはそうではありませんし、その他にも様々な要因でpHは変化し得ると思います。

Kaの値などは、「コーン・スタンプ生化学」（東京化学同人）から引用しました。

お礼

大変参考になります。ありがとうございます。
もちろん、実測は致しますが、理論的な計算で、添加量の目安をつけたかったもので。
本当に、ありがとうござました。

補足

naomi2002さん。計算してみたのですが、リン酸の時13.3mMがでてきません。どうも計算を理解できていないようです。すいません。
1Nリン酸、1N酢酸、1N硫酸を用いてpH.2.0　50mLの溶液の計算過程を教えてください。
ご面倒であれば、結構ですのでお返事だけでもお願いします。