
「硫酸は2日の酸であり、水溶液中では次の式①および②のように2段階で電離している。
H2SO4→H+ + HSO4-
HSO4↔H+ +SO4^2-
硫酸中の全水素イオンのモル濃度[H+]を、HSO4-のモル濃度[HSO4-]とSO4^2-のモル濃度[SO4^2-]を用いて表せ。ただし、温度にかかわらず式①の電離度は1.0とする。」
という問題について
解答は「[H+]=[HSO4-]+2×[SO4^2-]」になるのですが、自分で硫酸の濃度をCとおいて電離前と電離後の状態を考えると、1段階目の[H+]がC、2段階目の[H+]がC(1+α)となり、それらを合わせると[H+]=[SO4^2-]+2×[HSO4-]になってしまいます。
答えの導き方を教えていただけないでしょうか。
No.5ベストアンサー
- 回答日時:
もう一つの方の質問に詳しく書いておきましたが、
最初に H2SO4 が C mol あったとすると
第1段の電離:電離度が 1.0 なので、すべて電離して
C[H2SO4] → C[H(+)] + C[HSO4(-)] ①
第2段の電離:このうちの C[HSO4(-)] が電離度 a (0≦a≦1)で電離して
C[HSO4(-)] → Ca[H(+)] + Ca[SO4(2-)] + C(1 - a)[HSO4(-)] ②
(注)この「C(1 - a)[HSO4(-)]」は電離せずに残っている「HSO4(-)」。
②を①に代入すれば
C[H2SO4] → C(1 + a)[H(+)] + Ca[SO4(2-)] + C(1 - a)[HSO4(-)] ③
この式が書ければ問題は解けます。
それを画像の「解説」のような分かりにくい「表」にしているので混乱するのでしょうね。
「表」について説明すると
(1) ①の各イオンの mol 数が、表の「電離前」に載っているものです。
[HSO4(-)] が C
[H(+)] が C
[SO4(2-)] が 0(この段階では、第2段までは考えていない)
(2) 表の「変化量」が、②の第2段の電離で追加される mol 数です。
[HSO4(-)] が第2段の電離で Ca だけ減っている。つまり -Ca
[H(+)] が追加で Ca
[SO4(2-)] がここで初めて生成して Ca
(1) と (2) の合計が、トータルで電離しているので、その mol 数は
[H(+)] :第1段で「C」、第2段で「Ca」、合計で「C(1 + a)」
[HSO4(-)]:第1段で「C」、第2段で「Ca」だけ減って、合計で「C(1 - a)」
[SO4(2-)]:第2段だけで生成して「Ca」
これが表の「電離後」に書かれているものです。
③式に相当します。
従って、問題で問われているものは
[H(+)] = C(1 + a) を
[HSO4(-)] = C(1 - a) と [SO4(2-)] = Ca
を使って表せ、ということです。
C(1 + a) = C(1 - a) + 2Ca
なので
[H(+)] = [HSO4(-)] + 2[SO4(2-)]
です。
No.3
- 回答日時:
うん, 「2段目は電離後C(1+α)」のところで勘違いしてるね. 1回に 1個しか H^+ を放出しないんだから, 2段目だけで「C(1+α)」なんて出てくるはずがない. あるいは, 同じことなんだけど (水の電離平衡を無視して) 「合計で水素イオンを濃度を 2C+Cα にする」ためには H2SO4 が 3個 (以上) の「酸として放出できる水素原子」を持たなきゃいけない.
正しくは, 2段目の電離のときに「電離度が α だから放出される H^+ (と残る SO4^2-) は Cα」になる. これで
・全体の水素イオン濃度は C(1+α)
・HSO4^- の濃度は C(1-α)
・SO4^2- の濃度は Cα
だからちゃんと答えが出てくる.
もっとも, 電離度がどうとかしち面倒くさいこと考えなくても, 電荷が保存されることを使えば
[H+]=[HSO4-]+2×[SO4^2-]
はほぼ明らかでもある.
No.2
- 回答日時:
確認.
質問文に
自分で硫酸の濃度をCとおいて電離前と電離後の状態を考えると、1段階目の[H+]がC、2段階目の[H+]がC(1+α)となり、それらを合わせると[H+]=[SO4^2-]+2×[HSO4-]になってしまいます。
とあるんだけど, ここ具体的にはどういう計算をしたの? [H+], [SO4^2-], [HSO4-] はそれぞれどのような式になると思った? それらの根拠は?
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2段目の電離度をαとおくと、電離前はC、変化量が+Cα、電離後がC(1+α)と解答の表に記載がありました。
画像の1番上が解説の一部です。
一段目は電離度が1.0なので硫酸の濃度をCとするとC、2段目は電離後C(1+α)(電離度をαとする。)。
合計すると2C+Cα、一段目でCは[HSO4-]に等しいので2×[HSO4-]、2段目でCαは[SO4^2-]に等しいので合計しました。
申し訳ないのですが、「だからちゃんと答えが出てくる.」という部分がわからないので、質問をあげました。