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2価の弱酸、弱塩基のpH計算について

塾で教えている生徒の学校のプリントの問題なのですが、2価の弱酸、弱塩基のpHはどうやって求めればいいのでしょうか。私が受験したときは1価の酢酸とかアンモニアとかした習った記憶が無くて。 学校の先生の板書によると、『濃度×電離度×価数』となっているのですが、弱酸の場合、2段階目の電離はほとんどしないので、無視して考えてもよいのではないのでしょうか。 たとえば、炭酸の場合、水溶液中では まず H2CO3 ⇔ H+ + (HCO3)- と電離して、 (HCO3)- ⇔ H+ + (CO3)2- の電離は ほとんど起こらないですよね。(その生徒の教科書にもそう書いてありました) だから私は -log(濃度×電離度×1)で計算できると思ったのですが…。 ちなみにこの問題は中和の問題ではなく、単純にpHを求める問題です。中和の場合は電離度に関係なく 『酸の濃度×価数×体積=塩基の濃度×価数×体積』 となることは分かっているのですが…。 以下、問題全文です。 0.0625[mol/l]のCa(OH)2の(←Cu(OH)2?)pHを求めよ。ただし、電離度α=0.18、log2=0.3とする。 でもこの問題、意味不明なことに強塩基であるCa(OH)2の電離度を示しているのです。(こんな希釈溶液でCa(OH)2の電離度が0.18ということ自体有り得ないと思うのですが。ノートにCu2+ + 2OH- と書いてあったから先生のミスプリだと思います)電離度α=0.18って書いておきながらlog3の値を示してないのも謎です。 それとも、この電離度α=0.18って、二段階目も含めた値なのでしょうか?そんなことがあるのでしょうか…。 生徒にどう説明していいものか、とても悩んでいます。長々と申し訳ありませんが、どうぞよろしくお願いします。 

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  • 化学
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  • 回答No.2
  • Julius
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>その他のCa(OH)2は全く電離していない(一段階目も)という認識になってしまうと思うのですが 多分出題者の意図はそうでしょう。 もっとも私は受験関係者では無いので断言できません。 今回の場合、1段目の解離生成物がほとんど系中にないと仮定すれば、 >[OH-]=c×α1 + c×α1×α2 のα2を1と近似、α1をαと置くことにより、 [OH-] = 2 × c ×α >『Ca(OH)2は完全に電離するか、全く電離しないものとする。 >電離度(の平均値のようなもの?)がαである。 >だからこの[OH-]を求めるために価数をかける。』 ということでしょう。 ところでMg(OH)2では以下の式が成立するそうです。 log([Mg2+][OH-]/[Mg(OH)+]) = -2.21 log([Mg(OH)+][OH-]/[Mg(OH)2]) = +0.51 [Mg(OH)2]の錯塩状態は、pH14前後まで強塩基性にしないと 出現しないということですね。つまり現実は一段目の解離物を 無視できないどころかメジャーであるという... >あと、Cu(OH)2についても何か情報があれば教えて頂きたいのですが…。 Cu(OH)2はアンモニア溶液か酸溶液にしなければ溶けません。 つまり強制的に錯イオン化して初めて溶けます。 ([Cu(H2O)3(OH)]+, [Cu2(H2O)4(OH)2]2+, [Cu3(H2O)4(OH)4]2+, [Cu(H2O)4]2+, [Cu(OH)4]2-) log([Cu2+][OH-]/[Cu(OH)+]) = -6.56 log([Cu2+]^2[OH-]^2/[Cu2(OH)2(2+)]) = -16.57 log([Cu2+]^3[OH-]^4/[Cu3(OH)4(2+)]) = -34.0 Cu2+とCu(OH)+の単核・二核・三核錯体の比が上の式で与えられます。 極少量水に溶かした場合(pH 7を保つ程度)、 Cu2+と単核Cu(OH)+が2:1の比で存在することになります。 少し濃い目に溶かすと、OH架橋2核・3核錯体が系中に現れ、 そして大量のCu(OH)2の沈殿が生じます。 この沈殿を煮沸するとCuOになります。 このようにCu(OH)2では話がより複雑になりますので、 問題に出せないと思います。

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  • 回答No.1
  • Julius
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問題文を読む限り、Ca(OH)2の電離度を与えているようです。 つまり、 Ca(OH)2 <-> Ca(OH)- + OH- Ca(OH)2 <-> Ca2+ + 2 OH- のどちらの電離度を指しているか不明ですが、 恐らく出題者の意図は後者を計算して欲しいのだと思います。 現実の水酸化カルシウムは塩基性・中性条件で水にほとんど溶けません。 100 gの水に0.185 gしか溶けない(0.025 mol/L相当)そうですから、 問題の濃度を実現するのは不可能です。 錯塩状態のCa(OH)2は、ほぼ沈殿してしまい、 電離する(Ca(OH)+, Ca2+)ことで初めて水に溶けます。 解離定数pKaの実測値(25度無限希薄溶液)は、化学便覧によると、 log([Ca2+][OH-]/[Ca(OH)+]) = -1.64 であり、0.025 MのCa(OH)2飽和溶液では、[Ca(OH)]+の電離度は 約60%ということになります。 生徒には、 「酸・塩基は段階的に解離するものと考えてほぼ間違いないが、 大学受験の問題では、出題者の意図を読み取るように」 と指導するしかないと思います。 それにしても酷い問題ですね。

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質問者からの補足

詳しい回答を有難うございます。 少し疑問点があったので再度質問させて下さい。 問題が Ca(OH)2 <-> Ca2+ + 2 OH- の電離度を指しているとすると、その他のCa(OH)2は全く電離していない(一段階目も)という認識になってしまうと思うのですが、それで良いのでしょうか。 濃度をc、一段階目の電離度をα1、二段階目をα2とすると、 [OH-]=c×α1 + c×α1×α2 となると思います。 『Ca(OH)2は完全に電離するか、全く電離しないものとする。電離度(の平均値のようなもの?)がαである。だからこの[OH-]を求めるために価数をかける。』ということでしょうか? 上手く表現できなくて申し訳ないのですが、回答をお待ちしています。よろしくお願いします。あと、Cu(OH)2についても何か情報があれば教えて頂きたいのですが…。

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