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毒物劇物取扱者試験問題
酸と塩基(pH)
問題
0.050 mol/L の塩酸 20 mL と 0.010 mol/L の水酸化ナトリウム水溶液 40 mL を混合させたときの水溶液の pH として、適切なものはどれか次のうちどれか。
ただし、塩酸及び水酸化ナトリウム水溶液は完全に電離しているものとし、水溶液の温度は25℃とする。また、25℃における水のイオン積は[H+][OH-]=1.0×10-14(mol/L)2とする。
解 説
水は僅かに電離している。
$\ce{ H2O \leftrightarrows H^+ + OH- }$
純粋では、水素イオン濃度$\ce{[H^+]}$ と水酸化物イオン濃度$\ce{[OH^{-}]}$は等しい。
$ \ce{ [H^+] = [OH^{-}] } = 1.0 \times 10^{-7} mol/L (25℃) $
②水のイオン積
水溶液中では、水素イオン濃度$\ce{[H^+]}$ と水酸化物イオン濃度$\ce{[OH^-]}$の積(水のイオン積$K_w$)は、一定温度では一定となる。
$K_w = \ce{[H^+][OH^{-}]} = 1.0 \times 10^{-14} (mol)^{2} (25℃) $
塩酸$\ce{HCl}$から生じる$\ce{H^+}$の物質量は次のようになります。
\[ 0.050(mol/L)\times \frac{20}{1000}(L)=1.0(mol) \]
水酸化ナトリウム$\ce{NaOH}$から生じる$\ce{OH^-}$の物質量は次のようになります。
\[ 0.010(mol/L)\times \frac{40}{1000}(L)=0.4(mol) \]
中和後に残るのは$\ce{H^+}$であり、その物質量は、次のようになります。
\[ 1.0-0.4=0.6(mol) \]
これが混合溶液 $\ce{ 20mL + 40mL = 60mL }$に含まれますから、
\[ \begin{align*} \ce{[H^+]} &= \frac{0.6(mol)} {60mL} \\ \\ &= \frac{60}{6000} \\ \\ &= \frac{10}{1000}\\ \\ &=10 \times 10^{-3} \\ \\ &=1.0 \times 10^{-2} (mol/L) \\ \\ \ce{ pH &= -log [H^+]} \\ \\ \ce{ &= -log } (1.0 \times 10^{-2}) \\ \\ &= 2.0 \end{align*} \]
選択肢(1)が適切ということになります。
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