A 回答 (3件)
- 最新から表示
- 回答順に表示
No.3
- 回答日時:
>>K1,K2の値を使って計算すると
[H2CO3]=0.01
>[HCO3^-」≒7×10^(-5) [←ここはおそらく5×10^(-7)の誤りですよね]
H2CO3⇔H^++HCO3^-
このHCO3^-がさらに電離します。でもこの割合は小さいですから
[H^+]≒[HCO3^-]=xとしていいでしょう。
これを平衡定数の式に入れると
x^2/(0.01-x)=5×10^(-7)
分母のxを無視すると
x^2≒5×10^(-9)=50×10^(-10)
x≒7×10^(-5)
が出てきます。
[H^+]=[HCO3^-]を2つ目の平衡定数の式に入れるの
[CO3^(2-)]≒5×10^(-11) が出てきます。
>分からないのは [H2CO3]^2/[HCO3^-][CO3^(2-)]≒1×10^4です。
>[HCO3^-]^2/[H2CO3][CO3^(2-)]≒1×10^4の誤りではないでしょうか・・?
おっしゃるとうりです。誤りです。
No.2
- 回答日時:
#1です。
少し補足します。#1では
「H2CO3+CO3^(2-)⇔2HCO3^- (*)
の平衡定数が大きいので平衡が大きく右にずれる。したがって沈澱が溶ける。」
という推論は成り立たないという回答を書きました。
確かにこの平衡が溶けることに効いているのですが推論の根拠が不足しているのです。
この式の平衡定数が
1.0×10^4mol/Lであるというのは溶液の中に存在するイオンの濃度に寄らず成り立つことです。
(A)CO2だけを溶かした溶液
[H2CO3]>>[HCO3^-]>>[CO3^(2-)]
(B)CaCO3だけが存在する溶液
[H2CO3]<<[HCO3^-]<<[CO3^(2-)]
[HCO3^-]が一番大きくなるということではありません。
沈澱が溶けるということを平衡移動で考えるのであれば(A)、または(B)を出発点にしてCaCO3とCO2の両方が存在するときに濃度が変化するということを示さなければいけないのです。
(A)にCaCO3の飽和溶液を混ぜる、または(B)にCO2の飽和溶液を混ぜる かのどちらかを考えるのです。
(A)の場合でしたら一番濃度の小さかった[CO3^(2-)]を増やすということになります。
初めは極端な違いがありました。それがドンと大きく変化したので[HCO3^-]が増えます。この反応が起こると[CO3^(2-)]が減ります。その減少を沈澱が溶けることで少し補います。
式(*)は両側の物質が反応して間の物質になるのですから片方だけが多くても駄目なのです。
CaCO3の飽和溶液の中の[CO3^(2-)]がそこそこの大きさの値であることが必要です。
極端な難溶性であればこういう変化はほとんど目立たなくなります。
(参考)CO2を吹き込むとどれくらい溶解度が変化するかを見てみます。
辞典を見るとCaCO3は100gの水に1.4mg溶けるそうです。
飽和溶液の濃度は 1.4×10^(-4)mol/Lです。
[Ca^(2+)]=a
[CO3^(2-)]=b
ab=K≒2×10^(-8)(mol/L)^2
CO2の吹き込みがなければa=bですが平衡移動が起こればa>bになります。
[H2CO3]=0.01mol/L
(この値は1気圧のCO2に釣り合っているCO2の飽和溶液の濃度に近いものです。)
反応式から [HCO3^-]≒2(a-b) になっているだろうと考えます。
(2(a-b))^2/(0.01b)=1×10^4
a,bについての連立方程式になりました。解くのがしんどいので近似を使います。
a>>bとして( )の中のbを落としてしまいます。
a≒10^(-2)/1.25 (b≒10^(-6)になりますからa>>bとしたことに合っています。)
溶けているCaCO3の量は初めの60倍ほどになっています。
No.1
- 回答日時:
平衡移動の問題であるというよりは
「炭酸カルシウムの沈殿のある水溶液にCO2を吹き込むと沈澱が溶ける」
という現象が起こることの説明を平衡移動でやろうとしているということでしょう。
溶解平衡の式 CaCO3⇔Ca^(2+)+CO3^(2-)
[Ca^(2+)][CO3^(2-)」=K
飽和溶液での濃度をcmol/Lとします。K=c^2です。
外部からの操作で[Ca^(2+)]または[CO3^(2-)]が変化したとします。
上の式のKが一定であるような新しい平衡状態に移ります。
もし[Ca^(2+)]が増えるような変化を外部から加えたとすると上の式の平衡が左に動いて少し[Ca^(2+)]の増加を和らげます。その分沈澱がいくらか増えます。普通、ル・シャトリエの法則と言われている内容です。
CO2を吹き込むと沈澱が溶けるのですから平衡は右に移動しているはずです。[Ca^(2)]が増加しています。すると[CO3^(2-)]は小さくなっています。
ところが単純に考えるとCO2を吹き込めば[CO3^(2-)]は大きくなるように感じます。
たくさんのイオンの平衡がからんでいる時には単純なル・シャトリエでの考え方ではうまく説明出来ないのです。
平衡定数を持ちこんだ問題になっているのはそのためでしょう。
しかし、平衡定数で考えるのであれば終わりまでその立場で考えることを貫かなければ正しい結果には行きつきません。赤線の部分は誤っています。
CO2を溶かした水溶液を考えます。
CO2+H2O⇔H2CO3
で考えていいとします。
CO2は水によく溶ける気体です。CO2を吹き込んでいる時は0.01mol/L程度の濃度のものが作れそうです。
K1,K2の値を使って計算すると
[H2CO3]=0.01
[HCO3^-」≒7×10^(-5)
[CO3^(2-)]≒5×10^(-11)
[H2CO3]>>[HCO3^-]>>[CO3^(2-)]
です。
このときでも
[H2CO3]^2/[HCO3^-][CO3^(2-)]≒1×10^4
は成り立っています。
赤線の部分は「平衡定数の値が大きいので式(4)の右辺のHCO3^-の濃度の増える方向に平衡が移動する=溶ける」という判断をしています。おかしいということが分かります。
平衡移動はあくまでも2つの状態を比較しての話です。
1つの状態しか示されていなければ移動を論じることはできません。
問題にしている場面は[H2CO3]と[CO3^(2-)]を別々に指定しているところから出発していますから事情が異なるのです。そういうことが全く考慮されていませんので誤った推論を展開したことになっています。
別々に指定しているということを考慮して平衡移動の方向を予想してみます。
(平衡定数を使っての考察は長くなりますので稿を改めます。)
CaCO3が水に溶けるとCO3^(2-)が生じます。
このイオンが水の中に入ると水溶液はアルカリ性になります。
CO3^(2-)+H2O⇔HCO3^-+OH^-
CO2は水に溶けると酸性になります。
この両液を混ぜます。中和反応が起こります。
OH^-は消費されますから平衡は右に動きます。
CO3^(2-)が減少してHCO3^-が増加します。
CO2を加えると[CO3^(2-)]が減少するということですから溶解平衡の式で考えた沈澱が溶けるための条件が実現されたことになります。
対応する中和反応の式は(4)になります。
式は同じですが初めの条件が確認されていない状態で平衡移動を論じようとしているところがおかしくなった原因です。
炭酸カルシウムの溶解度の値を概数でもいいですから与えておくべきです。
単に「難溶性である」としか書いていないのは定性的に判断できると考えたからでしょう。
[H2CO3]=0.01、[CO3^(2-)]=0.0001mol/L
とすると平衡状態で[HCO3^-]=0.1になります。
[H2CO3]よりも大きくなるのです。
これが溶けるという判断のできる大きなポイントなのですが、・・・
極端な難溶性ではないということも効いてきています。
この回答への補足
回答ありがとうございます。以下のところがよくわかりません。
>>K1,K2の値を使って計算すると
[H2CO3]=0.01
[HCO3^-」≒7×10^(-5) [←ここはおそらく5×10^(-7)の誤りですよね]
[CO3^(2-)]≒5×10^(-11)
[H2CO3]>>[HCO3^-]>>[CO3^(2-)]
です。
このときでも
[H2CO3]^2/[HCO3^-][CO3^(2-)]≒1×10^4
は成り立っています。
分からないのは
[H2CO3]^2/[HCO3^-][CO3^(2-)]≒1×10^4です。
[HCO3^-]^2/[H2CO3][CO3^(2-)]≒1×10^4の誤りではないでしょうか・・?
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- その他(形式科学) 社会集団と平衡定数 2 2022/05/01 11:16
- 大学受験 理系の受験生は、 物理、化学、生物、地学 で受験するのが通常ですが、 これを大学受験レベルで簡単な順 2 2022/03/25 08:20
- 大学受験 大学受験の理系選択の方に質問です! 今、新高2なんですが自分は生物基礎を1年生でとり、今年は生物をと 2 2023/04/05 10:40
- 時計・電卓・電子辞書 関数電卓についての質問です 大学で食品について学んでいるのですが 学生実験で関数電卓が必要と言われま 7 2022/10/07 16:47
- 大学受験 大学受験の科目選択についてです。 高校で物理基礎、化学基礎、生物基礎を学んで、発展科目は勉強していま 2 2022/04/10 02:25
- 大学・短大 自分はバイトをしたり、軽く勉強をしたりしていました。高校を卒業してから1年ちょいが経って、大学に行く 1 2022/07/06 22:25
- 化学 大学受験の化学の質問です。有機無機理論それぞれに分けられた参考書をゼロから独学でこなしました。化学は 2 2022/09/13 17:47
- 化学 化学平衡について。 この問題の⑵を私は以下のような解き方でしました。 分圧比は物質量比と等しい。化学 1 2022/08/04 09:32
- 専門学校 Fランク大学でも工学部情報工学科なら、間違いなくIT系の専門学校よりはレベルは高いですよね? 6 2023/05/02 14:03
- 専門学校 Fランク大学でも工学部情報工学科なら、間違いなくIT系の専門学校よりはレベルは高いですよね? 2 2023/02/18 12:55
おすすめ情報
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
おすすめ情報