高校化学の電離平衡の問題でわからないことがあります

酢酸水溶液に，酢酸ナトリウムを溶かすと，混合溶液中の酢酸イオン濃度が大きくなり、 CH3COOH→CH3COO-＋H+の電離平衡が左に移動し、新たな平衡状態に達する。この現象を平衡移動(ル・シャトリエ）の原理と呼ぶ。
実際に，0.10molLの酢酸水溶液 100mLに，酢酸ナトリウムを0.82g溶解させた。酢酸ナトリウムは水溶液中で完全解離するので，①式の酢酸の電離平衡は左側に移動する。このときの体積変化は無視でき、酢酸の電離度αに対して1-α≒1の近似が成立すると考えれば，混合溶液のpHは酢酸の電離定数Ka=2.7×10^5mol/Lを使って[H+]を算出できる。
この溶液のpHを求めよ。

という問題で私は酢酸の濃度は0.1(1-α)、酢酸イオンの濃度は0.1(0.1+α)、水素イオンの濃度は0.1αとしてKa=酢酸イオン濃度×水素イオン濃度÷酢酸濃度の式に代入して計算しようとしたのですが(1-α=1として)訳分からん値になってしまったので解説を読んだところ、酢酸イオン濃度=0.1,酢酸濃度=0.1として計算していました。([H+]=2.7×10^5mol/L)つまり酢酸の電離による増減を無視していました。何故そのように解いてもいいのでしょうか？問題文に書いてあった近似も使っていないようですし…

No.2 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2024/12/03 20:14

この問題の本質は、「計算のやり方」にあるのではなく、

「酢酸水溶液に酢酸ナトリウムを溶かした緩衝溶液では、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ない」

ということにあります。
「酢酸の電離度αに対して1-α≒1の近似が成立する」
とはそういうことです。

そうなることについては、おそらく教科書に書いてあると思いますが、必要に応じて下記などを参照してください。
おそらく、質問者さんはこの部分の理解ができないので行き詰っているのだと思います。
↓
https://kimika.net/c_kansyoueki.html
https://zigzagsci.com/acetic-buffer-solution/

解き方は問題文の中に書かれていて、

＞混合溶液のpHは酢酸の電離定数Ka=2.7×10^5mol/Lを使って[H+]を算出できる。

ということです。
ただし、電離定数の値は、おそらく
　Ka = 2.7 × 10^(-5) [mol/L]
の間違いでしょうけど。

これを使えば
　Ka = [CH3COO(-)][H(+)]/[CH3COOH]
であり、このうち
・[CH3COO(-)] は「酢酸ナトリウム 0.10 mol/L」が全量解離しているが、酢酸に戻ることができずに、ほぼ全量が酢酸イオンのままなので
　　[CH3COO(-)] = 0.10 [mol/L]
・[CH3COOH] は、最初の酢酸がほぼそのままなので
　　[CH3COOH] = 0.10(1 - α) ≒ 0.10 [mol/L]
これを使って
　[H(+)] = Ka × [CH3COOH]/[CH3COO(-)]
　　　　 = Ka × (0.10/0.10)
　　　　 = Ka = 2.7 × 10^(-5) [mol/L]
ということになるのです。

従って、
　pH = -log[10]{[H(+)]}
　　 = -log[10]{2.7 × 10^(-5)}
　　 = 5 - log[10](2.7)
　　 = 4.568･･･
　　 ≒ 4.6

No.1 回答者： Tacosan 回答日時： 2024/11/27 21:16

とりあえず.

あなたのやりかたのどこがおかしいのかは理解できる?

この回答へのお礼

解答解説と違うところですー！(酢酸イオンと酢酸の濃度)

お礼日時：2024/11/27 22:41