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**第25問 次の文章を読み、 問い (問1~6) に答えよ。
【16分】(配点18)
DHは、水素イオンのモル濃度[H]の逆数の常用対数として、(1)式で定義され
る。
pH = logo [H+] ...(1)
水または水溶液中では, H2O はわずかに電離しているため, H+とOHが存在
する。
H2O
このとき, H+
H+ + OH ... (2)
OH-の濃度の積には以下の関係が成り立つ。
[H+] x [OH-] = Kw ...(3)
Kw を水のイオン積といい 温度が一定なら一定の値を示す。 例えば, 25℃にお
いて,Kw の値は, 1.0×10^(mol/L) 2 である。
25℃において 1.0 × 10mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液がある。この水溶液
を100倍にうすめたときのpHを求めるため,A君は以下のような解法を化学の
先生に示した。
本の電離によって生じたHとOH の濃度変化を考慮していないためである。
うすめた後の水溶液において、水の電離で生じたHとOHの濃度をそれぞれx
[mol/L] とすると, (3) 式より,
x x ( 1.0 × 10 + x) = 1.0 × 10 ∴x=
2 [mol/L
したがって, H+ OH-の濃度はそれぞれ以下のようになる。
[H+]=>
2
mol/L
[OH] = 1.0 × 10° +
2 = 3 mol/L
よって、水溶液のpHはおよそ |
4 になる。
一方、25℃において, 1.0×10mol/Lの塩酸を10倍にうすめた場合も上記
と同様のことがいえる。水の電離を無視した場合は,うすめた後のH+の濃度は
1.0 × 10mol/L,よってpHは9となるが、酸の水溶液をうすめたのだから,
という点でそれが誤りだとわかる。 うすめた後の水溶液中で .
pHの値が
5
水の電離で生じたH+ OH-の濃度をそれぞれy[mol/L] とすると,(3)式より,
(1.0 × 10° + y) x y = 1.0 × 10M ∴y = | 6 |mol/L
水酸化ナトリウム水溶液の濃度より [OH'] = 1.0 × 10mol/Lである。
また, (3) 式より [H+] = 1.0 × 10mol/Lであるから, pHは10である。こ
1
の水溶液を100倍にうすめると, H+の濃度は- 一倍になる。 したがって,
100
[H+] = 1.0 × 10-12 mol/Lになる。
したがって, [H+] = 1.0 × 10° +
よって、水溶液のpHはおよそ
6
7 mol/L
8 になる。
問1
1
に当てはまる記述として最も適当なものを,次の①~④のうちか
ら一つ選べ。
よって、水溶液のpHは,pH = logo (1.0×102)=12になる。
① 7よりも大きい
これに対して, 先生から以下のような説明を受けた。
② 整数値である
③ 増加した
④ 2変化した
水溶液をうすめたにもかかわらず,pHの値が 1 という点でその解法が
誤りだとわかる。 pHを考える際, 通常の濃度の酸の水溶液の場合は, 水の電離
によって生じるH+を無視してもよい。 しかし, 濃度が極めてうすい酸の水溶液
や、塩基の水溶液の場合は、水の電離によって生じる H+を無視できない。 例えば,
25℃において1.0 × 10mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液の場合, OH-の濃度は
1.0 x 10mol/L, H+の濃度は1.0×10mol/Lである。 この水溶液を100倍に
うすめたとき OHの濃度が1.0 × 10mol/L, H+の濃度が1.0×10 2 mol/Lに
なるとすると,これらの濃度の積は1.0×10 (mol/L) にならない。これは,
2
.
3
に当てはまる数値として最も適当なものを,次の①~⑧
問2
のうちから一つずつ選べ。 ただし, 同じものをくり返し選んでもよい。
①1 x 10~6
21 x 107
1 × 10-8
4 1 x 10-9
⑤ 1 x 10~10
⑥ 1 x 10'
⑦1 x 10~12
⑧ 1 x 10~13
