第2問 次の問い (問1~3)に答えよ。 15 〔解答番号 8 問1 Cr3+ と Ni²+ を含む強酸性水溶液に塩基を加えていくと, 水酸化物の沈殿が 生じる。 このとき, 次式の平衡が成立する。 Cr(OH)3 Cr 3 + + 3OH - Ksp = [Cr3+] [OH-] 3 Ni (OH)2 Ni²+ + 2OH ¯ K'sp = [Ni²+] [OH-] 2 この二つの溶解度積 Ks と K'D は水酸化物イオン濃度[OH-] を含むので, 沈殿が生じているときの水溶液中の金属イオン濃度はpHによって決まる。 こ れらの関係は図1の直線で示される。 次ページの問い (ab) に答えよ。 ただ し 水溶液の温度は一定とする。 ・濃度 [mol/L] 1 x 10° 1 x 10-1 1 x 10-2 1 x 10 -3 1 x 10-4 -5 1 x 10′ 1 x 10-6 1 x 10 -7 -8 1 x 10¯ 1 2 3 4 Cr3+ 5 pH 図1 Ni2+ 6 7 8 9

b Cr3+ と Ni²+ を 1.0×10mol/Lずつ含む強酸性水溶液に水酸化ナトリ ウム水溶液を徐々に加えて, Cr3+ をCr (OH)」 の沈殿として分離したい。 こ こでは, 水溶液中のCr 3 + の濃度が1.0 × 10 - mol/L 未満であり,しかも Ni (OH)2が沈殿していないときに, Cr3+ を分離できたものとする。そのた めには pH の範囲をどのようにすればよいか。 有効数字2桁で次の形式で表 12 に当てはまる数字を,下の①~⑩のうちから一 すとき, 9 つずつ選べ。ただし, 同じものを繰り返し選んでもよい。 なお, 水酸化ナト リウム水溶液を加えても水溶液の体積は変化しないものとする。 9 ① 1 6 6 10 < pH < (2) 2 ⑦ 7 11 3③ 3 ⑧ 12 4 4 9 9 5 0 0

b 図1を利用して考えればよい。 図1の直線のグ ラフは, pHに対して各金属イオンが溶けうる最大の濃 度(飽和濃度) を表している。 金属イオンの濃度が自身の 直線より下側にあるときは,その金属イオンは沈殿しな いが,上側にあるときは直線上の濃度になるまで沈殿が 生じる。 図1を見ると 1.0 × 10 'mol/LのCrはpH <4では直線の下側になるので沈殿を生じないが, pH > 4 では直線の上側になるので沈殿を生じる。一方, 1.0 ×10mol/LのNiはpH<5.9では沈殿を生じない が, pH > 5.9 では沈殿を生じる。 Cr3+ の濃度を 1.0× 10mol/L 未満にするには, pH > 5.0 にする必要があ るが, Ni²+ を沈殿させないためにはpH5.9 にする必 要がある。 よって 求める pHの範囲は, 5.0 <pH5.9 である。 傾き-3の直線 傾き-2の直線 金属イオン濃度 (mol/L) 1 x 10° 1 × 10-¹ 1 x 10-² 1 x 10-3 1 x 10-4 1x 10~ 1 x 10-6 1x 10-1 1x 10 - 8 2 Cr (OH), が沈殿 3 Cr³+ 5 PH 6 Ni²+ 7 8