酢酸、酢酸ナトリウム混合溶液のpHを計算できますか?実際の計算方法を、例題を使って丁寧に解説

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酢酸と酢酸ナトリウムの混合溶液って何ですか?

緩衝溶液の1つです
緩衝溶液とは、酸または塩基を加えても
pHが変化しにくい溶液
のことです

pHって求まりますか?

求めることができます
現象を整理できれば、簡単ですよ

酢酸、酢酸ナトリウム混合溶液のpHを求めるためには、酢酸と酢酸ナトリウムの平衡反応を理解しておく必要があります。

酢酸、酢酸ナトリウムのpH計算方法は以下の記事で丁寧に解説していますので、理解してから本記事を読むことをおすすめします。

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酢酸、酢酸ナトリウム混合溶液のpH計算方法

酢酸、酢酸ナトリウムの平衡反応

酢酸の平衡反応
$$\rm{CH_3COOH + H_2O ⇄ CH_3COO^- + H_3O^+}$$
酢酸の平衡定数
$$\rm{K_a = \frac{[H_3O^+][CH_3COO^-]}{[CH_3COOH]}}$$

酢酸ナトリウムの平衡反応
$$\rm{CH_3COONa → CH_3COO^− + Na^+}$$
$$\rm{CH_3COO^- + H_2O ⇄ CH_3COOH + OH^-}$$
酢酸ナトリウムの平衡定数
$$\rm{K_b = \frac{[OH^-][CH_3COOH]}{[CH_3COO^-]}}$$

酢酸、酢酸ナトリウムの混合溶液では、溶解した酢酸ナトリウムによって、多くの酢酸イオンCH3COOが生成し、過剰になった酢酸イオンは酢酸CH3COOHに戻ろうとします。つまり、液中の酢酸の濃度が増加します

しかしながら、液中にはヒドロニウムイオンH3O+がほとんどありません。

よって、酢酸ナトリウムが解離して生成した酢酸イオンの多くは酢酸に戻ることができず、酢酸イオンの濃度はほとんど変化しません

例題① 酢酸0.050mol/L, 酢酸ナトリウム0.10mol/L混合溶液のpH計算方法

【例題】
酢酸0.050mol/L、酢酸ナトリウム0.10mol/Lの混合溶液のpHを有効数字2桁で求めよ。ただし、酢酸の平衡定数 Ka = 1.8×10-5とする。

【解答】
酢酸の平衡反応と平衡定数
CH3COOH + H2O ⇄ CH3COO + H3O+
Ka = [H3O+][CH3COO] / [CH3COOH]

酢酸ナトリウムの平衡反応と平衡定数
CH3COONa → CH3COO + Na+
CH3COO + H2O ⇄ CH3COOH + OH
Kb = [CH3COOH][OH] / [CH3COO]

[H3O+] = Cとすると、
[CH3COOH] = 0.050-C, [CH3COO] = 0.10+C

酢酸の解離はわずかなので、
[CH3COOH] ≅ 0.050 [CH3COO] ≅ 0.10
Ka = C × 0.10/0.050 = 1.8×10-5
よって、
C = 9.0×10-6
pH = -logC = 5.05 ≅ 5.1

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