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[ステップ問題1]₁の解答・・・(ア)電離(イ)化学平衡(ウ)10^-7(エ)18(オ)55.6

ﾋﾝﾄ
●　物質量mol ： (物質の質量g)/(分子量)

●　ﾓﾙ濃度mol/l ： 溶媒1l (ﾘｯﾄﾙ)中の溶質の物質量mol
　　　　　[ ]は[ ]中の物質のﾓﾙ濃度を意味する・・・[H2O] = 10³/18 mol/l


[ステップ問題1]₂の解答・・・(ア)電離(イ)[H⁺][OH^-]/[H2O](ウ)[H⁺][OH^-](エ)変化しない
　　　　　　　　　　　　　　　　　　(オ)ｲｵﾝ積(カ)10^-7(キ)10^-14

ﾋﾝﾄ

● 平衡が化学平衡で次のようなとき(可逆反応)　：　aA + bB ⇔ cC + dD　ただし, A, B, C, Dは物質の化学式, a, b, c, dは係数を表わす。
いま正反応を左辺→右辺とすると, 平衡定数Kは, [A]^aと[B]^bを分母に, [C]^cと[D]^dを分子にもってきて次の式とする(質量作用の法則)。
　　　　　　　　　　　　　　　 　　K = {[C]^c[D]^d}/{[A]^a[B]^b}
平衡が均一液相の場合は[ ]はﾓﾙ濃度を, 均一気相の場合は分圧を表わす。
電離してｲｵﾝを生じている場合は, 特にKを電離定数という。

● 25℃において,
純水では[H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ mol/l, [H2O] = 10³/18 = 55.6 mol/l
よって, [H2O] ≫[H⁺] = [OH⁻]


[ステップ問題1]₃の解答・・・(ア)完全電離(イ)同じ(ウ)完全電離(エ)同じ(オ)10^-14(カ)10^-2(キ)10^-12

ﾋﾝﾄ

●(カ)
HCl → H⁺ + Cl^- において,
完全電離(電離度α=1)のため[H⁺] = [HCl]

●(キ)
NaOH → Na⁺ + OH^- において,
完全電離(電離度α=1)のため[OH^-] = [NaOH] = 10^-2mol/l　
水のｲｵﾝ積 Kw = [H⁺][OH^-] = 10^-14から 　[H⁺] = 10^-14/[OH^-]


[ステップ問題2]₁の解答・・・(ア)比例(イ)ﾍﾝﾘｰ(ウ)H2CO3(エ)PCO2

ﾋﾝﾄ

●ﾍﾝﾘｰの法則「溶解度の小さい気体では, 一定温度で, 一定量の液体に溶解する気体の質量(または物質量)は, その気体の圧力に比例する」

ﾍﾝﾘｰの法則から, 溶解度小の気体CO2が圧力PCO2で水に接していると, 次式が成立する。ただし[CO2]は水溶液中のCO2のﾓﾙ濃度mol/l, k1は比例定数　　　[CO2] = k1PCO2 　

●溶解したCO2は水と反応して炭酸を生じて次のような平衡状態にある。CO2 + H2O ⇔ H2CO3
この平衡定数をKCO2とすると　KCO2[H2O] = [H2CO3]/[CO2] = k2 　　k2は定数　よって
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　[H2CO3] = k2[CO2]


[ステップ問題2]₂の解答正・・・(1)8.46g(ア)HCO3^-(イ)CO3^2-(ウ)小さい(エ)[H⁺][HCO3^-]/[H2CO3]

ﾋﾝﾄ

●ﾍﾝﾘｰの法則から, 単位体積の溶媒に溶ける気体の量は, 溶解度×気体の圧力
CO2の溶解度8.616×10^-6 cm³/Paを用いると, 溶媒の水1cm³に接している CO2の分圧は50 Paから
　　　　　　　　　　　　　　　(8.616×10^-6)×50 = 430.8×10^-6cm³
水10m³に接しているので　4.308×10³cm³ = 4.308 ﾘｯﾄﾙ 　物質量molになおすと 4.308/22.4 = 0.1923 mol　　溶解CO2の質量は, 分子量44から, 44×0.1923 g

●電離平衡定数をKaと書くのは, 正反応においてH⁺を生じ水溶液がacid(酸性)を示すことから, acidのaをKに添え字することによる。

●炭酸H2CO3は水溶液だけに存在し,
第1段階の電離平衡　H2CO3 ⇔ H⁺ + HCO₃^- において
　　　　　　　　　　　Ka1= [H⁺][HCO₃^-]/[H2CO3] 　　25℃でKa1= 4.4×10^-7 mol/l
第2段階の電離平衡　HCO₃^- ⇔ H⁺ + CO₃^2- において
　　　　　　　　　　　Ka2= [H⁺][CO₃^2-]/[HCO₃^-] 　　 25℃で Ka2= 4.7×10^-11 mol/l
よって　Ka1≫Ka2 　


[ステップ問題2]₃の解答・・・(ア)少量(イ)等しい(ウ)[HCO3^-]+[OH^-](エ)10^-14(オ)kPCO2
　　　　　　　　　　　　　　 　　　(カ)[H⁺][HCO3^-]/[H2CO3](キ)測定困難(ク)(KakPCO2+Kw)^1/2

ﾋﾝﾄ

●(ク)の解答
[H⁺] = [HCO3^-]+[OH^-]… �@　 [H⁺][OH^-] = Kw … �A　 [H2CO3] = kPCO2 … �B
Ka = [H⁺][HCO3^-]/[H2CO3] … �C
上式において, �Aから [OH^-] = Kw/[H⁺] ・・・�A’
�Bと�Cから [HCO3^-] = Ka[H2CO3]/[H⁺] = KakPCO2/[H⁺] ・・・�B’
�@へ�A’と�B’を代入すると(ク)の解答が得られる。


[ステップ問題2]₄の解答・・・(ア)硫酸・硝酸(イ)H2SO4(ウ)HNO3(エ)NO(オ)三酸化硫黄(カ)一酸化窒素
　　　　　　　　　　　　　　　　　(キ)二酸化窒素

ﾋﾝﾄ

●硫酸の工業的製法のひとつに接触法がある。その過程を簡単に記述すると次のようになる。
(1) 硫化鉄鉱(主組成FeS2)や硫黄単体を乾燥空気の酸素によって酸化して二酸化硫黄をつくる。
　　　 　　　　　　4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 　　　S + O2 →　SO2
(2) 二酸化硫黄を, 400〜500℃に加熱した五酸化ﾊﾞﾅｼﾞｳﾑ(V)触媒V2O5下で, 乾燥空気の酸素によって酸化して三酸化硫黄にする。　　　　2SO2 + O2 → 2SO3
(3) 三酸化硫黄を水に通して硫酸にする。　　SO3 + H2O → H2SO4

● 硝酸の工業的製法のひとつにｵｽﾄﾜﾙﾄﾞ法がある。その過程を簡単に記述すると次のようになる。
(1) ｱﾝﾓﾆｱを, 白金触媒Pt下で, 乾燥空気の酸素によって酸化して一酸化窒素にする。一酸化窒素はただちに二酸化窒素になる。　　4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O 　　2NO + O2 → 2NO2
(2) 二酸化窒素を水に通して硝酸にする。　　3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO


[ステップ問題3]₁の解答・・・(ア)水素ｲｵﾝ指数(イ)-log(ウ)＞(エ)＜(オ)=(カ)=(キ)＜(ク)＞

ﾋﾝﾄ

(エ)の解答
酸性水溶液中では, [H⁺]＞[OH^-] ・・・�@ および [H⁺]・[OH^-] = 10^-14 ・・・�A
�A式を変形すると[OH^-] = 10^-14/[H⁺] 　これを�@式に代入すると次式になる：[H⁺]²＞10^-14
よって, [H⁺]＞10^-7 　∴pH = -log[H⁺]＜-log10^-7 = 7


[ステップ問題3]₂の解答・・・(ア)-log[H⁺](イ)-(1/2)(logKa + logk + logPCO2)(ウ)測定(エ)5.6

ﾋﾝﾄ

●対数の公式・・・logAB = logA + logB, 　logA/B = logA - logB, 　logAⁿ = n×logA

●pH = -log[H⁺] = -log(KakPCO2)^1/2 = -(1/2)(logKa + logk + logPCO2)
　　　　　 　　　　　　= -(1/2){(-7 + 0.650) + (-7 + 0.641) + (1 + 0.483)}


[ステップ問題4]₁の解答・・・(ア)塩基(イ)酸(ウ)HCl(エ)CaCl2(オ)NaOH(カ)Na2SO4(キ)AlCl3
　　　　　　　　　　　　　　　　　(ク)Na[Al(OH)4](ケ)ﾃﾄﾗﾋﾄﾞﾛｷｿｱﾙﾐﾝ酸ﾅﾄﾘｳﾑ

ﾋﾝﾄ

●塩基性酸化物は塩基の化学式からH2Oを除去した化学式を持つ。

●酸化物は, 主として塩基, 酸および塩基と酸との両方に反応する。


[ステップ問題4]₂の解答・・・(ア)塩基(イ)酸(ウ)両(エ)共有(オ)ﾌｯ酸

ﾋﾝﾄ

●酸化物は, 主として, 酸性酸化物(酸の化学式からH2Oを除去した化学式を持つ), 塩基性酸化物(塩基の化学式からH2Oを除去した化学式を持つ), 両性酸化物に分類される。


[ステップ問題4]₃の解答・・・(ア)H(イ)OH(ウ)正(エ)酸性(オ)正(カ)正(キ)塩基性

ﾋﾝﾄ

●塩は, 正塩, 酸性塩, 塩基性塩に分類される。

●正塩：酸と塩基で生成されるとき, 正塩には元の酸のｲｵﾝ性Hや塩基のｲｵﾝ性OHが残っていない。
　 酸性塩：元の酸のｲｵﾝ性Hが残っている。
　 塩基性塩：元の塩基のｲｵﾝ性OHが残っている。


[ステップ問題4]₄の解答・・・(ア)BaSO4(イ)CO2(ウ)CH3COOH(エ)NH3

ﾋﾝﾄ

●水溶液中の塩は次の場合に酸や塩基と反応する：�@沈殿物を生じる�A気体を生じる
�B弱酸や弱塩基を生じる・・・
塩基性の塩(強塩基と弱酸から生じる塩)が強酸と反応すると弱酸を生じる。
酸性の塩(強酸と弱塩基から生じる塩)が強塩基と反応すると弱塩基を生じる。


[ステップ問題5]₁の解答・・・(ア)水(イ)Ca(NO3)2(ウ)H2O(エ)H⁺(オ)2NO3^-(カ)Ca²⁺(キ)OH^-
　　　　　　　　　　　　　　　　　(ク)水素ｲｵﾝ(ケ)水酸化物ｲｵﾝ(コ)同じ

ﾋﾝﾄ

●酸の硝酸から出てくるH⁺と塩基の消石灰から出てくるOH^-が同物質量で反応して水になる。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　H⁺ + OH^-→ H2O


[ステップ問題5]₂の解答・・・(ア)水素ｲｵﾝ(イ)水酸化物ｲｵﾝ(ウ)等しい(エ)10^-4.0(オ)10³
　　　　　　　　　　　　　　　　　(カ)0.1(キ)x/74.1(ク)2(ケ)3.7

ﾋﾝﾄ

●pH = -log[H⁺]から [H⁺] = 10^-pH

●1ﾘｯﾄﾙ = 10³ cm³

●Ca(OH)2　→ Ca²⁺ + 2OH^-


[ステップ問題5]₃の解答・・・(ア)1(イ)2(ウ)水(エ)Ca(NO3)2(オ)H2O(カ)=(キ)10^-4.0(ク)10³
　　　　　　　　　　　　　　　　　(ケ)0.1(コ)(1/2)(サ)0.05(シ)3.7

ﾋﾝﾄ

●HNO3はｲｵﾝ性のHを1個含むので1価の酸, Ca(OH)2はｲｵﾝ性のOHを2個含むので2価の塩基。

●完全電離で, 1価の硝酸の1mol から1mol のH⁺が生じ, 2価の消石灰の1mol からは2mol のOH^-が生じる。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　HNO3 → H⁺ + NO3^- ・・・�@
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ca(OH)2 → Ca²⁺ + 2OH^- ・・・�A
●中和反応では, H⁺とOH^-は同物質量(または同数)で反応して水を生じる　：　H⁺ + OH^- → H2O
�@と�Aを考慮すると, �@を2倍および�Aを1倍にすると, H⁺とOH^-は同数になる。
�@×2において　　　　　　　　　　　2HNO3 → 2H⁺ + 2NO3^- ・・・�@'
�A×1において　　　　　　　　　　　Ca(OH)2 → Ca²⁺ + 2OH^- ・・・�A'
�@' + �A'において　
　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　左辺 = 2HNO3 + Ca(OH)2
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 右辺 = Ca(NO3)2 + 2H2O
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 左辺 = 右辺　
よって, 中和反応をひとつの式にまとめると　2HNO3 + Ca(OH)2 → Ca(NO3)2 + 2H2O