8章B 類題2-1(140105)　　　　　　　　　　　　　　　　　TOP-B


[問題]　次の文章を読んで, 問1～問3に答えなさい。また, 計算の過程において｜y/x｜＜0.01 であるとき, x + y = x と近似しなさい。なお, 問題文中の L はリットルを表わす。また, [X] は mol/L を単位とした分子またはイオン X の濃度を表わす。


　2価のカルボン酸であるシュウ酸 (COOH)₂ は, 水溶液中で次のように 2段階に電離する。

　第1段階
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　HOOC-COOH ⇄ HOOC-COO^- + H⁺

　第2段階
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　HOOC-COO^- ⇄ O^-OC-COO^- + H⁺

　上式において, HOOC-COOH を H₂A, HOOC-COO^- を HA^-, O^-OC-COO^- を A^2- で表し, 第1段階の電離定数を K₁, 第2段階の電離定数を K₂ とするならば, それらの電離平衡の式はそれぞれ

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　K₁ = [HA^-][H⁺]/[H₂A]

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　K₂ = [A^2-][H⁺]/[HA^-]

　となる。また, それらの電離定数の値はそれぞれ25℃で次のようになる。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　K₁ = 5.4×10^-2 mol/L　　　K₂ = 5.4×10^-5 mol/L

　25℃, 8.0×10^-2 mol/L のシュウ酸水溶液 100 mL に対して, 1.0 mol/L の水酸化ナトリウム水溶液を徐々に滴下したところ, 図1に見られるように, 8 mL および 16 mL 滴下したときをそれぞれ第1中和点, 第2中和点とする滴定曲線を得た。また, 加えた水酸化ナトリウム水溶液の量が 11 ml, 付近では pH は 4 程度で変化量は小さい。このような作用を緩衝作用と呼ぶ。
　　　　　　　　　　　　　　　(image534)

　水溶液の pH に依存して H₂A, HA^-, A^2- の存在比がどのように変化するかを考えよう。水溶液中に存在するシュウ酸のモル濃度を c とすると,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　c = [H₂A] + [HA^-] + [A^2-] 　　　(1)

　となる。ここで, [HA^-] と [A^2-] を [H₂A], [H⁺], K₁, および K₂ のいずれかを用いて表すと,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　[HA^-] = (　ア　),　　　[A^2-] = (　イ　)

　と表わされる。これらを式(1)に代入し整理すると,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　[H₂A]/c = (　ウ　)

　を得る。

　同様に, 2種類のシュウ酸イオン [HA^-] と [A^2-] についても, [HA^-]/c と [A^2-]/c を [H⁺], K₁, および K₂ の関数として表すことが可能である。

　以上から, 緩衝作用が現れている pH における濃度の比を算出すると,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　[H₂A] ： [HA^-] ： [A^2-]　= 1 ： (　あ　) ： (　い　)

　となる。


問1　(　ア　)～(　ウ　)の空欄を埋めて式を完成しなさい。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　答


問2　(　あ　), (　い　)に入る適切な数値を有効数字2桁で記入しなさい。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　答


問3　下線部について, シュウ酸水溶液が緩衝作用を示す理由を150字以内で説明しなさい。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　答