答えの導き方を教えてください

「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

前回の回答者の説明ではよくわからなかったので、再度投稿しました。
答えの導き方を教えてください。

No.1 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2024/08/16 21:08

＞「硫酸は２日の酸であり

と誤記のまま再掲しているところで、既に終わっているような気がしますが。

要するに、
① H2SO4 → H(+) + HSO4(-)
② HSO4(-) → H(+) + SO4(2-)
という2段階で電離しているということですよね。

「ただし、温度にかかわらず式①の電離度は1.0とする」
と問題文に明記されているので、第1段の電離①は
　[H2SO4] = [H(+)] + [HSO4(-)]　　　　③
です。

さらに、「② の電離度を a とおくと」、第2段の電離②は
　[HSO4(-)] = a[H(+)] + a[SO4(2-)] + (1 - a)[HSO4(-)]　　　④
ということです。
(1 - a)[HSO4(-)] は電離せずに残った HSO4(-) です。

③ の [HSO4(-)] に ④ を代入すれば、2段階の電離の結果は
　[H2SO4] = (1 + a)[H(+)] + a[SO4(2-)] + (1 - a)[HSO4(-)]　　　⑤
と表せます。

最初の H2SO4 のモル濃度が「C」なら、各イオンのモル濃度は⑤式の両辺に「C」をかければよいです。
つまり
③c： C[H2SO4] = C[H(+)] + C[HSO4(-)]
④c： C[HSO4(-)] = Ca[H(+)] + Ca[SO4(2-)] + C(1 - a)[HSO4(-)]
よって
⑤c： C[H2SO4] = C(1 + a)[H(+)] + Ca[SO4(2-)] + C(1 - a)[HSO4(-)]

この結果から、2段階で電離した「H(+) のモル濃度」は「C(1 + a)」であり、これを「SO4(2-) のモル濃度 = Ca」と「HSO4(-) のモル濃度 = C(1 - a)」を使ってどう表せるか、というのが問題の趣旨です。
答は
　C(1 + a) = C(1 - a) + 2Ca
つまり
　[H(+)] = [HSO4(-)] + 2[SO4(2-)]
です。

質問者さんは、前の質問で
「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」
と書いている「2段目」というのは ④c のことだと思うので、それは「Ca」だと思います。
質問者さんは、画像の解説の「電離後」を「2段目」と考えているようですが、それは「1段目と2段目を合わせた電離後」です。表の「電離前」とは「1段目の電離後で、2段目の電離前」という意味、「変化量」が「2段目での電離」ということです。

No.2 の補足で、
＞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。
と書いていますが、
・1段目の「[HSO4(-)」は、2段目の電離もするので、Ca だけ減少する。
　つまり「C - Ca = C(1 - a)」になる。
　表の「変化量 -Ca」は、その意味です。
・同様に、[H(+)] は、1段目の「C」に対して、2段目で表に書いてある「変化量 +Ca」で、「1段目と2段目を合わせた電離後」が「C + Ca = C(1 + a)」になります。
・同様に、[SO4(2-)] は2段目で初めて登場し、「変化量 +Ca」で「1段目と2段目を合わせた電離後」が「Ca」になります。（1段目のの段階では「0」だから）

そういう考え方で「解説」を読めば、意味が分かると思います。

この回答へのお礼

とてもよくわかりました。ありがとうございました。

お礼日時：2024/08/17 14:14