高校化学 電離平衡

H2S⇄H+ +HS-(K1=9.6×10^-8mol/L)
HS-⇄H++S2-(K=1.3×10^-14mol/L)
常温常圧での碳化水素の水に対する溶解度が 0.10mol/L、それぞれの平衡定数K1、K2が上記の値であったとする。琉化水素水溶液中の碗化物イオンの濃度[S2-]を水素イオンの濃度[H+]を用いて表せ。数値計算は有効数字2桁で行い,計算過程も示せ。

この高校化学の問題なのですが、解答を見てみると、K1×K2=[H+]^2[S2-]/[H2S] に[H2S]=0.10mol/L(H2Sの溶解度)を代入していました。 これが何故なのか分かりません。「硫化水素の溶解度が0.10mol/L」というのは電離してH+,S2-になるH2Sも含めて0.1mol/Lということですよね？溶解しているH2Sの中でも電離せずにいるH2Sの濃度ではないですよね？
何故 [H2S]+[H+]/2=0.10,もしくは[H2S]+[S2-]=0.10ではないのですか？

No.4 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2024/11/29 10:27

No.1&2 です。

失礼しました。私が間違っていましたね。
「 [H2S] は電離していようがいまいが、溶けている量」というのは間違いでした。

＞H2S の平衡定数は
＞　K1 [mol/L] = [H(+)][HS(-)]/[H2S]

という定義からすれば、[H2S] は「イオン化せずに溶けている H2S」ですね。
「電離していようがいまいが、溶けている量」の方が「碳化水素の水に対する溶解度：0.10 mol/L」ですね。
混乱させてすみませんでした。

問題文の「常温常圧での碳化水素の水に対する溶解度が 0.10mol/L」は、イオン化しているもの/していないもの、H(+) と S(2-) に分離しているもの/していないものの「総量」に相当しますから、書くとすれば

　[H2S] + [H(+)](1) + [HS(-)] + [H(+)](2) + [S(2-)] = 0.10 [mol/L]

で、
　[H(+)](1) = [HS(-)]
　[H(+)](2) ＝ [S(2-)]
なので

　[H2S] + 2[HS(-)] + 2[S(2-)] = 0.10 [mol/L]

ということになります。
このうち [H2S] だけで「0.10 mol/L」とするのは間違いですね。

ただし、「数値計算」する上では
　K1 = [H(+)][HS(-)]/[H2S] = 9.6 * 10^(-8)
　K2 = [H(+)][S(2-)]/[HS(-)] = 1.3×10^(-14)
つまり
　[H(+)][HS(-)] = [HS(-)]^2 << [H2S]
　[H(+)][S(2-)] = [S(2-)]^2 << [HS(-)] << [H2S]
なので、「有効数字2桁」では
　[H2S] ≒ 0.10 [mol/L]
としてよいということで、そうしているのだと思います。

No.3 回答者： Tacosan 回答日時： 2024/11/28 22:27

この文脈で [H2S] と書いたらそれは

電離せずに溶解している H2S の濃度
のことだと思うのだ.

と書いてはおくんだけど, 正直なところ
[H2S]+[H+]/2=0.10
や
[H2S]+[S2-]=0.10
がどこから出てきたのかさっぱりわからない....

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2024/11/28 19:46

No.1 です。

＞私が疑問に思っているのはその式に代入する数値ですよ？

[H2S]=0.10mol/L(H2Sの溶解度) ですか？
それは問題文で
「常温常圧での碳化水素の水に対する溶解度が 0.10mol/L」
と与えられているのですよね？

#1 に書いたとおり
「このうち [H2S] は電離していようがいまいが、溶けている量です」
であり、それが「0.10mol/L」ということなのでしょう？

＞何故 [H2S]+[H+]/2=0.10,もしくは[H2S]+[S2-]=0.10ではないのですか？

水に溶けた [H2S] = 0.10 であり、そのうちの一部が
　H2S → H(+) + HS(-)
でイオンになり、さらにその「HS(-) イオン」の一部が
　HS(-) → H(+) + S(2-)
になっているということですよ？

この回答へのお礼

返信ありがとうございます。溶けた0.1mol/LのH2Sが一部電離してH+やS2-になっているなら[H2S]=0.10にはならないのでは？という話です

お礼日時：2024/11/29 08:23

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2024/11/28 13:06

「平衡定数」の定義を理解していますか？

＞常温常圧での碳化水素の水に対する溶解度が 0.10mol/L

1 L の水に、H2S が 0.10 mol 溶けるということです。

H2S の平衡定数は
　K1 [mol/L] = [H(+)][HS(-)]/[H2S]
ですから、溶解度積は
　[H(+)][HS(-)] = K1 * [H2S] [mol/L]^2　　　　①
です。
このうち [H2S] は電離していようがいまいが、溶けている量です。
[H(+)], [HS(-)] はイオンの量。

一方、HS の平衡定数は
　K2 [mol/L] = [H(+)][S(2-)]/[HS(-)]
ですから、溶解度積は
　[H(+)][S(2-)] = K2 * [HS(-)] [mol/L]^2　　　　②
です。
こちらは、記号から分かるとおり、分母・分子ともすべて「イオン」です。

出題の内容は、K1, K2, [H2S] が既知のときに、[S(2-)] と [H(+)] の関係を示せといっているので、未知数の [HS(-)] を消去すればよいです。
①から
　 [HS(-)] = K1 * [H2S] / [H(+)]
として②に代入すれば
　[H(+)][S(2-)] = K2 * K1 * [H2S] / [H(+)]
であり、
　K2 * K1 = [H(+)]^2 * [S(2-)] / [H2S]
となりますよ？

式がどうのこうのいうときには、その式の「定義」をきちんと考えましょう。

この回答へのお礼

？？？？その式の意味は理解してますよ？私が疑問に思っているのはその式に代入する数値ですよ？

お礼日時：2024/11/28 16:57