4 (配点 21点) 次の文を読み,問1~ 問6に答えよ。 ただし, [X] は X のモル濃度 [mol/L]を表し, 水のイオン積はKw= [H][OH]=1.0×10-14(mol/L) とする。また,必要があれば log101.5=0.18, 10g104.5=0.65, 10g106.3=0.80, 10g107.1=0.85 を用いよ。 リン酸H3PO4 は3価の酸であり、水溶液中では次の式 ①〜③のように3段階で電 離する。 もの H3PO4H + + H2PO4- H2PO4⇌H+ + HPO42- 2- HPO421 H+ + PO43- ... 1 ② ③ 式 ① の電離定数 K1, 式 ② の電離定数 K2, 式 ③ の電離定数 K3 は平衡状態におけ る各成分のモル濃度を用いてそれぞれ次の式 ④~⑥のように表され, その値は K1=7.1×10-3mol/L, K2=6.3×10mol/L, K3 = 4.5×10-13 mol/L とする。 [H+] [H2PO4-] K1= [H3PO4] [H+][HPO42-] K2= [H2PO4-] [H+][PO43-] ④ K3= [HPO42-] ⑥ これらの式をもとに,リン酸水溶液やリン酸塩を用いた緩衝液のpHを求めてみよう。

c[mol/L] のリン酸水溶液において, 式 ① の電離で生じるH+の濃度に比べて 水 の電離および式 ② 式 ③ の電離で生じるH+の濃度が小さく無視できる場合を考える。 式①の反応におけるリン酸の電離度をαとすると、水溶液中のH3PO4H+, H2PO4-のモル濃度の変化は次のように表される。 H3PO4 電離前 C H+ 0 + H2PO4 0T 変化量 + + あ 平衡時 い あ (単位:mol/L) 09H H 09 c2x2 よって, Ki, C, αの間には,次の式⑦が成り立つ。 (U1X) K1= う USAS Hq & PHO [HPO4^-]= これをもとに,c=0.14mol/Lのときのリン酸の電離度αを求めると, α=0.20 とな り,水素イオン濃度は, [H+]=え mol/Lとなる。 なお、この水溶液中では, お mol/L, [PO4-]=1.0×10-18mol/Lとなり, 式②および式 ③ の電離がほとんど起こっていないことがわかる。 2 問1 空欄 あ う のを用いてそれぞれ記せ。 1997) あ に適する文字式を, cおよ cおよびαのうちから必要なも い \lom 02.0 Cα CX (((-x) Jan 問2 空欄 お に適する数値を,それぞれ四捨五入により有効数字2 え " 桁で記せ。 [HT] = [H3PO4] ki

解説 < 問1 知識・技能 c[mol/L] のリン酸水溶液について, リン酸の電離度をαとする と、水溶液中の H3PO4, H+ H2PO4のモル濃度の変化は次の ように表される。 H3PO4H + + H2PO4 電離前 C 0. 変化量 -ca +ca あ あ 平衡時 c(1-a) ca ―い ・あ 0 +ca -あ ca -あ これらを式④に代入すると, (単位 : mol/L) [H+] [H2PO4] cax ca ca² Ki= = = [H3PO4] c(1-a) 1-a う 問2 知識・技能 ・え [H+] =ca=0.14mol/Lx0.20=2.8×10mol/L お水の電離および式 ② および式 ③ の電離で生じる H+の濃度が小 さく無視できる場合, [H+] ≒ [H2PO4-] とみなせるので,式⑤ より、 [H2PO4] [HPO42-]= -K2≒K2=6.3×10mol/L [H+] Jorn