高校化学「化学平衡」「電離定数」酢酸水溶液の電離定数�A

高校化学「化学平衡」「電離定数」酢酸水溶液の電離定数�A

◆問題

酢酸水溶液中では、次の式のような電離平衡が成立している。

ＣＨ3ＣＯＯＨ↔ＣＨ3ＣＯＯ-＋Ｈ+

酢酸，酢酸イオン，水素イオンのモル濃度をそれぞれ[ＣＨ3ＣＯＯＨ]，[ＣＨ3ＣＯＯ-]，[Ｈ+]とし、酢酸の電離度は１よりも充分に小さいものとして次の問いに答えよ。

(1) 電離定数Ｋaを表す式を、[ＣＨ3ＣＯＯＨ]，[ＣＨ3ＣＯＯ-]，[Ｈ+]を用いて表せ。

(2) 電離定数Ｋaを２．８×１０^(-5)ｍｏｌ／Ｌとして、７．０×１０^(-2)ｍｏｌ／Ｌの酢酸水溶液中の酢酸の電離度αを求めよ。


この記事では(2)を解説します。


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◆解説

(1)で電離定数Ｋa＝[ＣＨ3ＣＯＯ-]・[Ｈ+]／[ＣＨ3ＣＯＯＨ]であることを求めました。

(2)では、これらのモル濃度の一部が与えられていて、電離度αを求めていきます。

イオン反応式はＣＨ3ＣＯＯＨ↔ＣＨ3ＣＯＯ-＋Ｈ+なので、ＣＨ3ＣＯＯ-とＨ+は、１：１の割合で生成することがわかります。

さらに、酢酸の濃度は７．０×１０^(-2)ｍｏｌ／Ｌで、電離度はαなので、[ＣＨ3ＣＯＯ-]＝[Ｈ+]＝α×７．０×１０^(-2)です。
平衡時にはこれだけ電離しているので、ＣＨ3ＣＯＯＨはその分だけ減少して、[ＣＨ3ＣＯＯＨ]＝７．０×１０^(-2)−α×７．０×１０^(-2)＝(１−α)×７．０×１０^(-2)ですが、αは充分に小さいので、１−α＝１とみなして、平衡時の[ＣＨ3ＣＯＯＨ]も７．０×１０^(-2)と考えます。

電離定数は２．８×１０^(-5)ｍｏｌ／Ｌだから、これらの値をＫa＝[ＣＨ3ＣＯＯ-]・[Ｈ+]／[ＣＨ3ＣＯＯＨ]に代入すれば、αの式を作ることができますね！やってみましょう！

２．８×１０^(-5)＝{α×７．０×１０^(-2)}^2／７．０×１０^(-2)

右辺を７．０×１０^(-2)で約分すると、

２．８×１０^(-5)＝α^2×７．０×１０^(-2)

両辺を入れ替えて、さらに７．０×１０^(-2)で割ると、

α^2＝２．８×１０^(-5)／７．０×１０^(-2)
　　＝０．４０×１０^(-3)＝４．０×１０^(-4)

よって、α＝２．０×１０^(-2)


今回の問題では、酢酸の濃度や電離定数が数字で与えられていたので、そのまま代入して立式してみましたが、通常は、電離定数Ｋa，酢酸のモル濃度をｃ，電離度αとして、Ｋa＝(ｃα^2)／(１−α)より、α＝√(Ｋa／ｃ)を導いて解く方が模範的です。この模範的な方の解き方は他の問題で掲載したいと思います。


この問題の最初に戻る→(1) 電離定数Ｋaを表す式を、[ＣＨ3ＣＯＯＨ]，[ＣＨ3ＣＯＯ-]，[Ｈ+]を用いて表せ。


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酢酸１．０[ｍｏｌ]とエタノール１．０[ｍｏｌ]の混合物の化学平衡

化学平衡まとめ


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