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浜松医科大学入試対策講座 演習問題 2 No. 2 (裏) 生物の細胞内では、さまざまな化合物の緩衝作用により,pHが中性付近に保たれている。リン酸二水素塩とリン酸 水素塩の組み合わせもその一例である。以下では、これらのリン酸塩の25℃における電離平衡と緩衝作用について 考えよう。リン酸は水中で次のように3段階で電離する。 HsPOH+ + H2PO4 (1) H2PO4H+ + HPO HPO H+ + PO (3) (2) Ki = 7.5×10mol/L K = 6.2×10mol/L K's = 2.1×10-13mol/L K. K, K はそれぞれ (1) (2) (3) 式の平衡定数である。 また、水のイオン積を K(=1.0×10-14mol/L2 ) とする。 はじめに, 0.10mol/LのNaH2PO4 水溶液の平衡について考える。 この塩は水中で完全に電離する。 生じたH2P O イオンに関しては, (2) 式の平衡の他に次の平衡が存在する。 .(4) H2PO4 + H2O H3PO4 + OH- この平衡において、水のモル濃度 [H2O][mol/L]は一定とみなせるため, (4) 式の平衡定数 Ka は H2PO4 HsPO4, OH-のモル濃度を用いて、 [H3PO4] [OH-1 K₁ = A [H2PO4] と表される。」との値の比較から、この水溶液はウ性を示すことがわかる。 次に, 0.10mol/LのNa2HPO 水溶液の平衡について考える。 この塩も水中で完全に電離する。 ここで生じたHP 042 イオンに関しても、 (3) 式の平衡の他に次の平衡が存在する。 HPO42 + H2O HPO + OH- (5)式の平衡定数は, K5 = [H2PO4][OH-] [HPO2] B と表される。面との値の比較から,この水溶液はエ性を示すことがわかる。 (5) さらに、この NaHPO4 水溶液の水素イオン濃度[H+] [mol/L] を表す式を導いてみよう。 そのために, (2) 式と(3)式 を組み合わせた次の平衡を考える。 2HPO H2PO4 + PO」-. ・(6) (6)式の平衡定数は,次式で表される。 [H2PO4][PO4] K6 = C [HPO42-J2 リン酸一水素塩の濃度が0.10mol/Lの場合, (3) (5) (6) 式のうち, (6) 式の平衡が最も大きく右方向に偏る。 また, (3) 式と (5) 式の平衡定数を比較すると,前段の考察からオ式の平衡定数の方が十分に大きいため、もう一方の 式の平衡は無視できる。 したがって, [H+] を求めるためには,オ式と(6)式の2つの平衡を考慮すればよい。 オ式と(6)式の平衡反応によって消費される HPO4 イオンの濃度を、 それぞれ [mol/L] と [mol/L] とおくと、 HPOPOの各イオンのモル濃度は次のように表される。 H2PO4 [H2PO4] = I [HPO42] = 0.10-x-y [PO-] = II ここでオ式と (6) 式の平衡定数は非常に小さいので, 0.10-x-y≒0.10 と近似できる。 よって, x, y, 平衡 定数を含む2つの関係式から,[H+] [mol/L] は, [H+] = K2Ks+ D と導かれる。 問4 問5 問6 ウオにあてはまる語句または数字を記入せよ。 I II にあてはまる数式を, x, y を用いて記せ。 A~Dにあてはまる数式を K, K, K, Kw を用いて記せ。 7 0.10mol/LのNaH2PO4 水溶液10mL と 0.10mol/LのNa2HPO4 水溶液10mL を混合して緩衝液を調製した。 この緩衝液に関して、次の(i), (ii)の問に答えよ。 ただし、この緩衝液については、(2)式の電離平衡のみを考慮す ればよい。 数値は有効数字2けたで答えよ。 (i) この緩衝液の水素イオン濃度 [mol/L] を求めよ。 この緩衝液に 0.10mol/Lの塩酸をpHが7.0になるまで加えた。加えた塩酸の体積 [mL] を求めよ。 また、この 値を用いて、塩酸の添加による水素イオン濃度の増加量 (AD [H+]) と塩化物イオン濃度の増加量(4[CI-I)の比 A[H+1 A[CI-] を求めよ。 計算過程も含めて、解答欄の枠内で記せ。

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化学 高校生

(3)の9.65×10の4乗Cはどこから出てきたのですか?教えていただきたいです!出来れば急ぎでお聞きしたいですお願いしますm(_ _)m

一般的な燃料電池の構成は, 次のように表される。下の各問いに答えよ。 基木例題22 燃料電池 的な燃料電池の構成は、 次のように表される。下の各問いに答えよ。 (-)Pt-Hal HsPO4aq|02·Pt(+) 放電するときに,正極と負極でおこる変化を,それぞれ電子e-を含む式で表せ。 放電するときにおこる変化を,1つの化学反応式で表せ。 1.93×10°Cの電気量を得るために消費される水素は, 標準状態で何 mL か。 ここで、 e,0 は、 ¥1:1の組 トなすこと 上が+3 でいる 問題187 8T が反 解答 (1) 正極:O2+4H++4e 負極:H2- の+2×2から,放電時の変化を表す反応式が得られる。 「考え方 (1) 燃料電池の正極 活物質は酸素O2, 負極活物質は水素 He である。 (2)(1)の各反応式を, 電子eが消えるよ うに組み合わせる。 (3) 負極の反応式か ら,He とe- の物質 量の関係を求める。 e-1mol の電気量は, 9.65×10°C である。 2H2O 2H++2e- C) 2H2+O2 2H20 (3) 1.93×10°Cの電気量に相当する電子の物質量は、 .18T 1.93×10°C 9.65×10C/mol の式から,2 mol の電子が流れたときに消費される水素は1mol =2.00×10-2mol なので, 2.00×10-2mol の電子を取り出したときに消費される水 素は1.00×10-2mol である。したがって, 標準状態における水素 の体積は,次のように求められる。 22.4×10°mL/mol×1.00×10-2 mol=224mL 体変る 2 分 分 3分 第山章 物質の変化

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数学 高校生

(3)の9.65×10の4乗Cはどこから出てきたのですか? 出来れば急ぎでお聞きしたいです。お願いしますm(_ _)m

電気分解 I03 一般的な燃料電池の構成は, 次のように表される。下の各問いに答えよ。 Fe 基木例題22 燃料電池 的な燃料電池の構成は,次のように表される。下の各問いに答えよ。 (-)Pt-HalHsPO4aq| O2- Pt(+) 放電するときに,正極と負極でおこる変化を,それぞれ電子 e-を含む式で表せ。 放電するときにおこる変化を,1つの化学反応式で表せ。 1,93×10°Cの電気量を得るために消費される水素は, 標準状態で何 mL か。 問題187 .Proces み。 のとき、 E8T 数一 しる。 ん 物質を正 ことよばれ 解答 (1) 正極:O2+4H++4e 考え方 (1) 燃料電池の正極 活物質は酸素O2。 負極活物質は水素 He である。 (2) (1)の各反応式を, 電子e-が消えるよ うに組み合わせる。 (3)負極の反応式か ら,He とe- の物質 量の関係を求める。 e-1mol の電気量は, 9.65×10C である。 …の …2 → 2H2 O 電極を れる。 陰極に 負極:H2 - 2H++2e- (2) の+2×2から, 放電時の変化を表す反応式が得られる。 2H20 2H2+O2 (3) 1.93×10°Cの電気量に相当する電子の物質量は, 18T 1.93×10°C 9.65×10C/mol =2.00×10-2mol 2式から,2mo! の電子が流れたときに消費される水素は1mol なので,2.00×10-2mol の電子を取り出したときに消費される水 素は1.00×102mol である。したがって, 標準状態における水素 の体積は,次のように求められる。 22.4×10°mL/mol×1.00×10-2mol=224mL 還元 新本連 34-186 第Ⅲ章|物質の変化

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化学 高校生

投げやりとなってしまって申し訳ありません! どうやって解こうか浮かばなかったので途中式含め教えて欲しいです。

I IUI) 【1】リン酸は三塩基酸であり、理論的には三段階の解離が可能だが、 解離するほどその酸性度は低くなり、 第三解離を水溶液中で観察することは難しい。リン酸の第一~第三解離式及びそれぞれの酸解離定数 Ka」~Kas の式と値を以下に示す。 * 第一解離式: H3PO』 H* + HPO; Ka」= [H*][H2PO ]/ [H3PO.] = 10212 mol/L H* + HPO,?. ; Kaz= [H*][HPO,?] / [H2PO,]= 10721 mol/L 第二解離式:H2PO。 第三解離式:HPO, 上記の各解離式と各解離定数の式を参照し、 各種リン酸塩水溶液に関する以下の問いに答えなさい。 ただし、常用対数を計算に用いる場合には、log102 = 0.30, log103 =D 0.48 とする。 H* + PO ; Kas= [H*][PO]/ [HPO。] 3 1012.67 mol/L (1) NaH2PO4と NazHPO4 がそれぞれ 0.100 mol/L の濃度で溶けているリン酸緩衝液があるとき、 この pH を適切な有効桁数で求めなさい。 (2) (1)のリン酸緩衝液 100 mL を三角フラスコに取り、ここに 0.100 mol/L 塩酸を 25.0 mL 加えた とき、この緩衝液の pH はいくらか。適切な有効桁数で求めなさい。 (3) (2)の操作を行った緩衝液にさらに 0.100 mol/L 塩酸を加えていき、NaHzPO,水溶液としたとき の pH を適切な有効桁数で答えなさい。 ヒント:[HsPO«]=[HPO] となる。 Kaiと Kazの積を考える。 (4) (1)のリン酸緩衝液 100mL を三角フラスコに取り、ここに 0.100 mol/L の NaOH 水溶液を xmL 加えてから緩衝液の pH を測定したところ、 この緩衝液の pH は 7.39 となった。この x の値を適 切な有効桁数で求めなさい。 (5) (4)の操作を行った緩衝液にさらに 0.100 mol/L の NaOH 水溶液を加え、NazHPO,水溶液とし たときの pH を適切な有効桁数で求めなさい。ヒント: [H.PO«]=[PO]となる。 Kaz と Kasの積を考える。

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