Question

ゆうき

問3の問題、3枚目の写真の回答で（４）式によるH+の減少は無視できるとありますが、なぜ[HCO3-]<<[CO3-]だとこの事が言えるのでしょうか。
教えて下さい🙇‍♀️

【演習問題 】
4-2 炭酸の電離平衡
次の文章を読み, 各問に答えよ。 必要があれば次の値を用いよ。 なお, 問 1, 問3は小数
第1位まで, 問2は有効数字2桁で答えよ.
√2=1.41,√3=1.73,√5= 2.24
log10 2 0.30, logio 30.48, log107 = 0.85
二酸化炭素(CO2) は水に容易に溶解し, その一部が水と可逆的に反応して炭酸(H2CO3) と
なる。この反応の平衡定数K を次のように定義する。
[H2CO3]
[CO2]
ただし, [CO2] は水に溶解している二酸化炭素分子のモル濃度 [mol/L] であり、接してい
る二酸化炭素の圧力に比例する。 炭酸はその一部が電離して水素イオンと炭酸水素イオン
炭酸水素イオンはさらにその一部が電離して炭酸イオンとなる。
1
となる。
25℃において, 1.0 atm の二酸化炭素と平衡にある水1.0Lには 3.0×10molの二酸化
炭素分子が溶解している。 平衡定数K。 は 3.0×10-3, 下線部①の反応の平衡定数KI は 2.0
×10mol/L, 下線部 ② の反応の平衡定数K2 は 5.0×10- -11 mol/Lであるものとし、水のイ
オン積をKw=1.0×10-14 (mol/L)2 とする。
Ko=
生体は血液のpH を中性付近に保つために二酸化炭素を利用している。肺における二酸化
炭素の分圧は約 5.0×10 atm である。
X
問1 25℃において、 水を 1.0 atm の大気中に長時間放置したとき、 pHはいくらになるか。
ただし, 大気中には体積パーセントで 4.0×10% の二酸化炭素が含まれ, 二酸化炭素
以外の酸性物質は含まれないものとする。
問 225℃において, うすい水酸化ナトリウム水溶液を分圧 5.0×10 atm に保たれた二
酸化炭素と十分な時間接触させたところ pH7.0 になった。 このpH7.0 の溶液の炭酸
水素イオンおよび炭酸イオンのモル濃度をそれぞれ求めよ。
問3 健康な人の血液のpHは中性付近に保たれているが, 一時的に酸性化することがある。
問2のpH7.0 の溶液に塩酸を加えて [Cl-] が最終濃度 2.0×10 - mol/L になるように
加えた。塩酸を加えたことによる体積の増加は無視できるとする。その後再び, 25℃
において、分圧 5.0×10-2 atm に保たれた二酸化炭素と十分な時間接触させた。この溶
液のpHを求めよ。

4-2. 炭酸の電離平衡
CO₂C P₁o₂ = 10x
mff
CO₂
4.0x10
100
P1= x 151
ⒸH₂CO3 = H+ + HCO3.
Hを加えると
HCOH cả
12.
+ H₂O = H₂CO3
(0) + H₂lo₂ = 2H+ + CO²
2-
H₂O = H+ + OH
13. Hcl 6023x
K₂). [Co] = K₂x
問2.3では5.0×10^2
atm
€4.0x 10" atm.
[HCO]> [CO]
K.FD [H*] = k₁*
[HCO3]
[H+]
"atm... t/p
-2
[CO₂]- 3.0x 10 x 4.0x 10 = 1.2 x 10`s mol/L
Koty. [H₂CO₂] = Ko [CO₂] = 3.0x 10-³ × 1.2 x 10-5 = 3.6x 10-8 mol/
CH]=√√CK √√CH₂CO3] K. = √3.6 x 10 x 2.0 x 10-4 = √2³ x 3² x 10 mol/l
pH = 6.5-2/2 logio 2-lagio 3 = 5.546
pH = 7 - 2 log₁03 = 6.88
Ko=
K₁ = [H²HCO3]
CH₂CO3]
[H₂CO3]
Clor
= 2.0 × 10 4x
x 101 mol/
X
K₂ = [HT] [Co]
2
x
2-₁ [CO₂] = 3.0x10^²×5.0× 10-² = 1.5x 10-³ mol/
Kot. [H₂ CO₂] = K₂x [CO₂] = 3.0x10-³x1.5x 10-³ 4.5 x 10 mol/~
-6
4.5 x 10-6
-K₁*. [HCO ₂²"] = K₁ X.
[H₂CO3]
[H*]
- 2.0 x 10-4x
1.0x10-1
PH = 2+b
2
THz CO5)
CHCO T
水の濃度ほぼ一定!!
一定のもの、平衡定数に含めない。
-3.0x10²x Pez
mal/L
3.0x10³
[HCD] = {0x10" mol/2
||
K = [H¹][CO₂] = 1.0x 101 mal ²/²
[H₂CO3)
Kw = [H] [OH-] = 1.0× 10-14 mol ² / 2²
5.0x 10-¹¹ x
HCO3 + H+
9x10³ 2x10 ³
-2x 10-3-2x 10-3
2x10-3
Q
= 9.0x10 3³ mol/l","
4.5 x 10 mol/L
-6
45x b
2.9x 10-3
-3 ヘンリーの法則
K₁ » K₂ →
= 2.0x 10 ml/
9.0 × 108
1.0x 10°
1/1
[H*]I
k」のみで考える。
Dato
炭酸水溶液の
> H₂CO3
O = 14.5×10 - +
(mol/L)
> Kaff!!
→1価の弱
扱い
Kの値が大き
ことは、よりHがで
PH決まると各物質の濃度の比決まる!
[CO2]の情報から濃度まで求まる。
出来た分は、外に逃げる。
(H=Cos]は圧力で決まる
CO 20

K₁ >> K₂ FD. K₂H+H₂
2.0x/0-4
無視でき
5.0 x 10"
10x 10-2514
THE COS
[CQ3²-]
1.0x5.0x102 atm
→ H₂CO3
*x 3.0 × 10-3
X
(H2CO
[HT]
4.5*10*3
Text
3.1
THCO
✰
(3) より,
問3 6.9
= 9.0×10-³ mol/L
[CO]=K₂X-
[HCO]
[H+]
=
= 4.5×106 mol/L
= 5.0×10-¹¹ mol/LX-
HC1 を加えると,次の反応が起こる。
CO3+H+ HCO3 (4) 無視できる
HCO3+H+ H₂CO3 (5)
[HCO-] ≫ [CO 2-] だから, (4) 式による H+ の減少は無
視できる。 よって, (5) 式から, 炭酸水素イオンの濃度は,
9.0×10-³ mol/L-2.0x107 mol/L
= 7.0 × 10-³ mol/L
二酸化炭素の分圧は変わらないので, [H2CO3] も変わら
ない。 よって, (2) 式より、
[H]=K₁X-
[H₂CO3]
[HCO3 ]
= 2.0×104 mol/LX-
1.0×10 mol/L
-3
9.0x10 3 mol/L
1.0×10 mol/L
×10 mol/L
9.0
7.0
pH=7-2log10 3+log10 7=6.89
4.5×10 mol/L
7.0X10 mol/L
ベンリーの法則
-3
© 河合塾 無

Answer 1

✨ ベストアンサー ✨

Clearnoteユーザー

解説から察するに、［HCO3-]≫[CO3 2-]なので（4）式は大きく右に偏っており、CO3 2-とH+が反応することによる、H+の減少は考えなくてよいという意味だと思います。つまり解答のような（4）式のH+の減少は無視できるわけです。

ゆうき

なるほど、右に大きく偏っていて(5)式のH＋の減少に対し（４）式のH＋の減少は遥かに小さいので無視できるということですか？

Clearnoteユーザー

そうですね、問題文に与えられた電離定数からもわかる通り、（4）よりも（5）のほうが進みやすいです。今は（4）の平衡は右に大きく偏っている上に、前述しましたが、質問者さんの仰るように（4）よりも（5）による減少のほうが大きいので、（4）は無視して良いです

ゆうき

電離定数が小さいということは、電離定数の分子には生成物の濃度がくるので、生成物の生成量が小さい(電離しにくい)
と読み取れるのでしょうか！

Clearnoteユーザー

大体はそんなイメージで大丈夫です。もっと正確には、生成物の生成量（正確には生成物の濃度）が分母に比べて非常に小さいということです。つまり解答にあるようにHCO3-≫CO3-ということです。
この条件があるから先程答えたようなことが成り立ちます。

ゆうき

詳しくありがとうございます！！
とても助かりました😊