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すいません。いらないところまで解説するので、長くなります
解答が2枚に分かれます
基礎事項
まず、pHは、－log[水素イオン濃度] でもとまる。
水素イオン濃度は、酸性の溶液のモル濃度×電離度×価数で求まる。
また、[水素イオン濃度][水酸化イオン濃度]=1.0×10^-14が成り立つ。
水酸化イオン濃度は、塩基性の溶液のモル濃度×電離度×価数で求まる。
※濃度とはモル濃度のこと。
モル濃度とは
溶液1Lあたりに含まれる溶質の物質量
ということは、とりあえず、水素イオン濃度を求めればよい。
続く
とても詳しく教えていただいたきありがとうございます。
すごくたすかります！！
中和反応で1:1で反応するからHの量として引いてたのですね！！
水素イオン濃度が酸性の溶液のモル濃度×電離度×価数で求まる理由が知りたければ質問してください。
(水素イオンの物質量=酸の物質量×電離度×価数で求まりますよね)
↑これも、暗記ではないですよ
これ、丸暗記していたのでより理解深めるためにぜひ教えていただきたいです。
すみません。
お時間あるときに教えて頂けると嬉しいです🍀
基礎から説明するので解説が長くなります。すいません。
では、まず、電離度の意味から。
電離度とは、どれくらいが電離するかを表したものです。
たとえば、電解質が10個あって、電離度が0.90なら、電解質10個のうち10×0.90=9個が
電離するということ。すなわち、電解質10個のうち1個はそのまま存在する、ということ(画像参照)。
たとえば、電解質が200個あって、電離度が0.01なら、電解質200個のうち200×0.01=2個が
電離するということ。すなわち、電解質200個のうち198個はそのまま存在する、ということ。
たとえば、電解質が1molあって、電離度が0.05なら、電解質1molのうち1mol×0.05=0.05molが電離するということ。すなわち、電解質1molのうち0.95molはそのまま存在する、ということ。
では、理解を深めるために問題を解いていきます。
(1)0.10molの酢酸を溶かしました。
この水溶液中に水素イオン、酢酸イオン、酢酸分子はそれぞれ何mol存在しますか？
ただし、酢酸の電離度は0.0052とする。
酢酸の電離式はCH₃COOH⇆CHCOO⁻+H⁺になりますよね。
すなわち、電離式の係数の関係より、1molの酢酸が電離すると1molの酢酸イオンと1molの水素イオンが発生することがわかります。
※(電離式が書けなくても、)酢酸が1価の酸だと覚えている場合は、
少なくとも1molの酢酸が電離すると(1molの酢酸イオンと)
1molの水素イオンが発生することがわかりますよね。
今回は、何molの酢酸が電離しますか？
0.10molの酢酸の電離度は0.0052であるから、0.10×0.0052=0.00052=5.2×10⁻⁴molの酢酸が電離することがわかります。1molの酢酸が電離すると1molの酢酸イオンと1molの水素イオンが発生するのだから、5.2×10⁻⁴molの酢酸が電離すると5.2×10⁻⁴molの酢酸イオンと5.2×10⁻⁴molの水素イオンが発生することがわかります。
また、0.10molの酢酸のうち5.2×10⁻⁴molの酢酸が電離するから、電離していない、すなわち、酢酸のままのものは、0.10mol－5.2×10⁻⁴mol=9.948×10⁻²=約9.9×10⁻²mol存在することがわかる。
(2)0.0010molの硫酸を溶かしました。
この水溶液中に水素イオン、硫酸イオン、硫酸分子はそれぞれ何mol存在しますか？
ただし、硫酸の電離度は1.0とする。
硫酸の電離式はH₂SO₄→2H⁺+SO₄²⁻のようになりますよね。
すなわち、電離式の係数の関係より、1molの硫酸が電離すると1molの硫酸イオンと2molの水素イオンが発生することがわかります。
※(電離式が書けなくても、)硫酸が2価の酸だと覚えている場合は、
少なくとも1molの硫酸が電離すると(1molの硫酸イオンと)
2molの水素イオンが発生することがわかりますよね。
今回は、何molの硫酸が電離しますか？
0.0010molの硫酸の電離度は1.0であるから、0.0010×1.0=1.0×10⁻³molの硫酸が電離することがわかります。1molの硫酸が電離すると1molの硫酸イオンと2molの水素イオンが発生するのだから、1.0×10⁻³molの硫酸が電離すると1.0×10⁻³molの硫酸イオンと2.0×10⁻³molの水素イオンが発生することがわかります。
(また、硫酸0.0010molのうち0.0010molの硫酸が電離するから、電離していない、すなわち、硫酸分子のままのものは、存在しませんよ。)
まとめると、
電離度とはどれくらい電離するか
1価の酸とは、1molの酸が電離すると1molの水素イオンが生じる、という意味
2価の酸とは、1molの酸が電離すると2molの水素イオンが生じる、という意味
3価の酸とは、1molの酸が電離すると3molの水素イオンが生じる、という意味
だから、存在する水素イオンの量は、酸の物質量×電離度×価数で求まります。
酸の物質量×電離度で与えられた酸のうち何molが電離するかを表し、
価数をかけることで、電離した結果、何molの水素イオンが生じるかを表しています
これは、水酸化イオンの量を聞かれても同じです。
(3)0.0010molの水酸化カルシウムを溶かしました。
この水溶液中に水酸化イオン、カルシウムイオン、水酸化カルシウム分子は
それぞれ何mol存在しますか？
ただし、水酸化カルシウムの電離度は1.0とする。
水酸化カルシウムの電離式はCa(OH)₂→Ca²⁺+2OH⁻のようになりますよね。
すなわち、電離式の係数の関係より、1molの水酸化カルシウムが電離すると1molのカルシウムイオンと2molの水酸化イオンが発生することがわかります。
※電離式が書けなくても、水酸化カルシウムが2価の塩基だと覚えている場合は、
1molの水酸化カルシウムが電離すると(2molのカルシウムイオンと)
2molの水酸化イオンが発生することがわかりますよね。
今回は、何molの水酸化カルシウムが電離しますか？
0.0010molの水酸化カルシウムの電離度は1.0であるから、0.0010×1.0=1.0×10⁻³molの水酸化カルシウムが電離することがわかります。1molの水酸化カルシウムが電離すると1molのカルシウムイオンと2molの水酸化イオンが発生するのだから、1.0×10⁻³molの水酸化カルシウムが電離すると1.0×10⁻³molのカルシウムイオンと2.0×10⁻³molの水酸化イオンが発生することがわかります。
(また、水酸化カルシウム0.0010molのうち0.0010molの水酸化カルシウムが電離するから、電離していない、すなわち、水酸化カルシウムのままのものは、存在しませんよ。)
分からなければ質問してください。
要は、水酸化イオンの量を聞かれても、水素イオンの時と同じで、
水酸化イオンの量=塩基の物質量×電離度×価数で求まります
では、なぜ、水素イオン濃度は、酸のモル濃度×電離度×価数で求まると言えるのか？
モル濃度とは、溶液1Lあたりに溶けている溶質の物質量molを表すものです。
例えば、
0.10mol/Lの酢酸水溶液の酢酸の電離度は0.010である。この時の水素イオン濃度を求めなさい。
酢酸の電離式の係数の関係、もしくは価数より、1molの酢酸が電離すると(1molの酢酸イオンと)1molの水素イオンが発生することがわかります。
今回は、何molの酢酸が電離しますか？
今回は、溶液1Lあたりに0.10molの酢酸が溶けており、酢酸の電離度は0.010であるから、溶液1Lあたり0.10×0.010=1.0×10⁻³molの酢酸が電離することがわかります。1molの酢酸が電離すると1molの酢酸イオンと1molの水素イオンが発生するのだから、1.0×10⁻³molの酢酸が電離すると1.0×10⁻³molの酢酸イオンと1.0×10⁻³molの水素イオンが発生することがわかります。
以上より、0.10mol/Lの酢酸水溶液1Lには、少なくとも1.0×10⁻³molの水素イオンと1.0×10⁻³molの酢酸イオンが存在します(電離していない酢酸分子も存在しますよ)
すなわち、溶液1Lに水素イオンは1.0×10⁻³mol溶けているから、
水素イオンのモル濃度は1.0×10⁻³mol/Lになります。
ちなみに、酢酸イオンのモル濃度も1.0×10⁻³mol/Lになりますよ。
続く
例えば、
0.0010mol/Lの硫酸水溶液の酢酸の電離度は1.0である。この時の水素イオン濃度を求めなさい。
硫酸の電離式の係数の関係、もしくは価数より、1molの硫酸が電離すると(1molの硫酸イオンと)2molの水素イオンが発生することがわかります。
今回は、何molの硫酸が電離しますか？
今回は、溶液1Lあたりに0.0010molの硫酸が溶けており、硫酸の電離度は1.0であるから、溶液1Lあたり0.0010×1.0=1.0×10⁻³molの硫酸が電離することがわかります。1molの硫酸が電離すると1molの硫酸イオンと2molの水素イオンが発生するのだから、1.0×10⁻³molの硫酸が電離すると1.0×10⁻³molの硫酸イオンと2.0×10⁻³molの水素イオンが発生することがわかります。
以上より、0.0010mol/Lの硫酸水溶液1Lには、2.0×10⁻³molの水素イオンと1.0×10⁻³molの硫酸イオンが存在します(電離していない硫酸分子は存在しませんよ)
すなわち、溶液1Lに水素イオンは2.0×10⁻³mol溶けているから、
水素イオンのモル濃度は2.0×10⁻³mol/Lになります。
ちなみに、硫酸イオンのモル濃度は1.0×10⁻³mol/Lになりますよ。
続く
まとめると、
電離度とはどれくらい電離するか
モル濃度とは溶液1Lあたりに溶けている溶質の物質量mol
1価の酸とは、1molの酸が電離すると1molの水素イオンが生じる、という意味
2価の酸とは、1molの酸が電離すると2molの水素イオンが生じる、という意味
3価の酸とは、1molの酸が電離すると3molの水素イオンが生じる、という意味
だから、存在する水素イオンのモル濃度は、酸のモル濃度×電離度×価数で求まります。
酸のモル濃度×電離度で、
与えられた酸の水溶液1Lに含まれる酸のうち何molの酸が電離するかを表し、
(溶液1L中で電離する酸は何molかを求めている)
価数をかけることで、電離した結果、溶液1L中で何molの水素イオンが生じるかを表して
います。すなわち、水素イオンのモル濃度を求めています。
これは、水酸化イオンのモル濃度を聞かれても同じです。
水酸化イオンのモル濃度=塩基のモル濃度×電離度×価数、です。
分からなければ質問してください
この考え方はpHに繋がります
返信ありがとうございます。
とても詳しく言葉の解説、そして問題解説、まとめ分かりやすかったです🍀
電離度の意味が良くわかったので、問題文もただ公式に当てはめて解くのではなく理屈まで理解して解けた気がします！！
とてもテストに役立ちます☀️
テスト勉強頑張ります！！
ありがとうございました。
酸性の溶液と塩基性の溶液の混合溶液のpHの考え方
酸性溶液中の水素イオンと塩基性溶液中の水酸化イオンは1:1の割合で反応して、
水になります(中和反応)。
ということは、もし、水素イオンの方が水酸化イオンより多ければ、水素イオンと水酸化イ
オンが結合して水もできますが、水素イオンが余るので、pHは7未満になります。
もし、水酸化イオンの方が水素イオンより多ければ、水素イオンと水酸化イオンが結合して
水もできますが、水酸化イオンが余るので、pHは7より大きくなります。
(1)今回与えられた物質は希塩酸と水酸化ナトリウム。
すなわち、酸性の溶液と塩基性の溶液が与えられたので、中和反応がおこる。
希塩酸から出た水素イオンと水酸化ナトリウムから出た水酸化イオンの量に差はないか調べる。
希塩酸から出る水素イオンの量は、酸性の溶液のモル濃度×溶液の量×価数より、
0.0030×10/1000×1×1=0.000030mol
水酸化ナトリウムから出た水酸化イオンの量は、塩基性の溶液のモル濃度×溶液の量
×価数より、0.0010×10/1000×1×1=0.000010mol
水素イオンと水酸化イオンは1:1の割合で反応するから、
『今回は水素イオンが0.000030－0.000010=0.000020mol余る』ことがわかる
問題はpH、すなわち、－log[水素イオン濃度]を求めないといけない。
今回は10+10=20mLの溶液に0.0020molの水素イオンが溶けている。
⬇️×50 ⬇️×50
すなわち、溶液1L=1000mLの中に0.0010molの溶質(水素イオン)が溶けている、
とも言い換えることができる。
すなわち、水素イオンのモル濃度は、0.0010mol/L=1.0×10^-3mol/L
よって、pH＝－log(1.0×10^-3)=3 ←計算が分からなければ質問してください
水素イオン濃度が酸性の溶液のモル濃度×電離度×価数で求まる理由が知りたければ質問してください。
(水素イオンの物質量=酸の物質量×電離度×価数で求まりますよね)
↑これも、暗記ではないですよ