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まず、(3)は[OH-]を求める問題であることを確認しておきます。
アンモニアの電離平衡の式は
Kb=[NH4+][OH-]/[NH3]となることは(2)でやりました。
これを[OH-]について解くと
[OH-]=([NH3]Kb)/[NH4+]となります。(これは単に数学でやった文字式と同じ変形をしているだけ)
Kb=Cα^2となることも(2)でやっているので、あとは[NH3]と[NH4+]が求めればよいわけです。
まず[NH4+]について。これは問題文の③の反応式が不可逆反応となっていることから、NH4Clは水に溶けると全て電離すると考えてよいです。
今回の場合、NH4Clのモル濃度がDmol/Lなので、電離で生じるNH4+のモル濃度もDmol/Lになるという事になります。(つまり[NH4+]=D)
次に[NH3]なのですが、NH3は②の反応式のように僅かに水と反応してNH4+となります。
しかし、今回はNH4Clを溶かしているため、溶液中にNH4+が既に沢山あるという事になります。
そのため、②の反応式の右辺のNH4+が過剰になります。ルシャトリエの原理から、NH4+の増加を抑えつけるため、②の平衡は左へ動きます。
元々アンモニアは弱塩基(つまり②の平衡は左へ偏っている)であることと、この共通イオン効果によってNH3は殆ど電離しなくなります。
じゃあ、NH3はほぼ電離してないと見なしてもいいという考えになる訳です。
そのため、[NH3+]は最初に加えたNH3のモル濃度Cmol/Lから変化しないと見なします。従って[NH3+]=Cとなります。
結果[OH-]=(C*Cα^2)/D=C^2α^2/D [mol/L]となります。
なるほどですね!これ見ながら考えたらわかりました☺︎ありがとうございました!!