No.2ベストアンサー
- 回答日時:
水のイオン積というのをご存知ですね。
水溶液中に存在するH^+とOH^-の濃度の積が一定になるというものです。
[H^+]×[OH^-]=K
Kの値は常温で1.0×10^(-14)[mol/L]^2 です。
中性の水の場合、[H^+]=[OH^-] ですので 上の式から [H^+]=1.0×10^(-7)[mol/L] になることが分かります。
酸性溶液の場合、水溶液中には酸に由来するH^+と水の電離に由来するH^+の両方が存在します。pHはこの合計の濃度で決まります。OH^-は水の電離に由来するものだけしか存在しません。
水が電離するとH2O⇔H^++OH^-に従ってH^+とOH^-が生じます。
水の電離によって生じたH^+の濃度を[H^+]wとします。
[OH^-]=[H^+]w です。
塩酸に由来するH^+の濃度を[H^+]cとします。
イオン積の式は([H^+]w+[H^+]c)×[OH^-]=Kです。
水の中に存在するHClの量は水で薄めても変化しません。体積が1000倍になれば濃度は1/1000になります。HClは普通の濃度の水溶液では完全に電離しているとして考えていいですからHClの電離によって生じた水素イオンの濃度も1/1000になります。[H^+]c=1.0×10^(-8)[mol/L]です。
(これは酢酸では成り立ちません。)
2次方程式を解けば[H^+]wを求めることができます。
[H^+]=α×10^(-7)[mol/L]とします。
(0.10+α)× α=1.0
α+0.10>1、α<1であることが分かります。
式を解くとα≒0.95になりますから
水溶液中の全水素イオン濃度は1.05×10^(-7)[mol/L]です。
pH=7-0.02=6.98です。
#1の回答にある数字は6.96です。大きな違いではないとも言えますが考え方に違いがあります。
#1でpH=5の塩酸(水溶液)の中に存在する水の電離に由来する水素イオンの濃度が1×10^7[mol/L]であるとしているところは誤りです。[H^+]w=1.0×10^(-9)[mol/L]です。
水で薄めるとHClに由来する水素イオンの濃度は小さくなりますが水に由来する水素イオンの濃度は大きくなります。
#1の計算は水中にあるイオンの濃度はイオン積で決まるということを踏まえていないものです。
[OH^-]=[H^+]w も考慮されてはいません。
補足 ときどき見ることがありますが「塩酸」という断り書きのない場合、このような扱いをすることはできません。「pH=3の水溶液を水で100倍に薄めた時のpHの値は?」という問題が危険物取扱資格の試験に出ているのを見ます。「pH=5になる」という回答を要求しているようですが「?」です。3<pH<5 であるということ以上のことは分かりません。
もっと一般的にした「pH=nの水溶液を100倍に薄めた時のpHは?」という問いもあります。pH=n+2になるという解答を要求しているようですがひどい内容です。国家試験の問題だからということでこういう問題を抜き出して高校の授業に使っている例もあるようですが困ったことです。
知人に甲種を受けた人がいます。このことを質問したのですが「そういう事を要求しているのだからそう答えたらいいのではないか」という返事でした。甲種を受けようと思っていた時期もありますがあほらしくなってやめてしまいました。
No.1
- 回答日時:
1.0×10の5乗mol/l
↓
1.0×10の(-5)乗mol/l
ね。
純水はもともとH^+が10^(-7)[mol/L]あって、それでpH=7というのだ。だから、これでいくら薄めても、H^+の濃度が10^(-7)[mol/L]よりは小さくならない。すなわち、pH>7にはならない。
おおざっぱに計算すると、
1.0×10^(-5)[mol/L]のHCl 1[L]を999[L]の水で薄めた(1000倍に薄めた)とすれば、
H^+の濃度は、
(1.0×10^(-5)[mol/L]×1[L]+1.0×10^(-7)[mol/L]×999[L])/(1[L]+999[L])= 0.0000001099[mol/L]
だから、pHは、
pH=-log(0.0000001099)=6.959
ほとんど7だね。
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