 今日は，電離平衡について学習します。酢酸を水に溶かすと，その一部が電離して平衡状態になります。ＣＨ３ＣＯＯＨ⇔Ｈ＋＋ＣＨ３ＣＯＯ− このような電離反応の化学平衡を電離平衡といいます。酢酸は強酸ですか，弱酸ですか。もちろん弱酸です。では，弱酸とはどのような酸でしたか。電離度が１より著しく小さい酸でしたね。では，電離度とは何でしたか。電離度とは，酸や塩基が水に溶けたとき，溶けた電解質の量に対する電離した電解質の量の比でした。  今日の学習内容は，次の通りです。 （１）強酸の電離とｐＨ （２）弱酸の電離とｐＨ （３）酢酸の電離とｐＨ （４）酢酸ナトリウムの加水分解 （５）緩衝液 内容が多いですが，がんばりましょう。まず，最初は一般論です。強酸の電離とｐＨについて考えてみましょう。強酸とは，電離度が１に近い酸でしたね。したがって，ｃ ｍｏｌ/ｌ の１価の強酸では，水素イオン濃度がｃ ｍｏｌ/ｌ となり，水溶液のｐＨは−ｌｏｇｃになりますね。 |
 ２０ 電離平衡とその移動 （１）強酸の電離とｐＨ ｃ ｍｏｌ/ｌ の１価の強酸
 |
| では，弱酸ではどうでしょうか。弱酸では，酸の濃度と水素イオン濃度が異なることに注意して下さい。ｃ
ｍｏｌ/ｌ の１価の弱酸の電離度をαとすると，水素イオン濃度はｃαｍｏｌ/ｌ
です。 したがって，水素イオン濃度は−ｌｏｇｃαになりますね。 また，電離定数を酸の濃度と電離度を使って表すことができます。このとき，近似的に１−α≒１とすると，Ｋa＝ｃα２となります。  |
（２）弱酸の電離とｐＨ ｃ ｍｏｌ/ｌ の１価の弱酸
［H＋］［A−］ ｃα・ｃα ｃα２ Ｋa＝――――――＝―――――＝―――― ［HA］ ｃ −ｃα １−α １−α≒１とすると，Ka＝ｃα２，α＝√（Ka/ｃ） |
| 次は酢酸水溶液のｐＨについて考えてみましょう。 ｐＨメーターで，ｐＨは３．０と表示されたとします。では，水素イオン濃度はいくらになるでしょうか。ｐＨが３．０ということは，水素イオン濃度が１．０×１０−３〔ｍｏｌ/ｌ 〕であるということは知っていますね。もし，ｐHが３．１だとしたら，水素イオン濃度を求めるには関数機能付きの電卓が必要になります。使い方は，実験のところで説明します。 酢酸イオンの濃度は，水素イオン濃度と同じです。では， ［ＣＨ３ＣＯＯＨ］はいくらになるでしょうか。これは，電離していなくて，分子として存在している酢酸の濃度です。したがって，酢酸の濃度から酢酸イオンの濃度（水素イオンの濃度と等しい）を引けばよいことがわかります。水素イオンの濃度［Ｈ＋］，酢酸イオンの濃度［ＣＨ３ＣＯＯ−］，電離していない酢酸の濃度［ＣＨ３ＣＯＯＨ］がわかれば，電離定数と電離度を求めることができますね。  |
（３）酢酸の電離とｐＨ 酢酸の物質量〔ｍｏｌ〕＝濃度〔ｍｏｌ/ｌ 〕×体積〔ｌ 〕＝１．０×１．０/１０００〔ｍｏｌ〕 酢酸の体積〔ｍｌ 〕＝１．０＋２００＝２０１〔ｍｌ 〕＝０．２０１〔ｌ 〕 １．０×１．０/１０００ 濃度〔ｍｏｌ/ｌ 〕＝―――――――――＝４．９８×１０−３〔ｍｏｌ/ｌ 〕 ０．２０１ ｐＨ＝３．０とすると，［Ｈ＋］＝［ＣＨ３ＣＯＯ−］＝１．０×１０−３〔ｍｏｌ/ｌ 〕 ［ＣＨ３ＣＯＯＨ］＝４．９８×１０−３−［Ｈ＋］＝４．９８×１０−３−１．０×１０−３＝３．９８×１０−３〔ｍｏｌ/ｌ 〕
［Ｈ＋］［ＣＨ３ＣＯＯ−］ （１．０×１０−３）２ Ｋa＝――――――――――＝―――――――――＝２．５×１０−４〔ｍｏｌ/ｌ 〕 ［ＣＨ３ＣＯＯＨ］ ３．９８×１０−３ １．０×１０−３ α＝――――――――＝０．２０ ４．９８×１０−３ |
| 酢酸ナトリウム水溶液にフェノールフタレイン溶液を加えると，うすい赤色になりますね。ちょうど，フェノールフタレインの変色域の色です。フェノールフタレインの変色域は，８．２〜９．８です。 |
（４）酢酸ナトリウムの加水分解 ＣＨ３ＣＯＯＮａ ⇔ Ｎａ＋ ＋ ＣＨ３ＣＯＯ− Ｈ２Ｏ ⇔ Ｈ＋ ＋ ＯＨ− 酢酸イオンと水素イオンの反応を考えると， ＣＨ３ＣＯＯ− ＋ Ｈ＋ ⇔ ＣＨ３ＣＯＯＨ 酢酸イオンと水の反応を考えると， ＣＨ３ＣＯＯ− ＋ Ｈ２Ｏ ⇔ ＣＨ３ＣＯＯＨ ＋ ＯＨ− その結果［Ｈ＋］＜［ＯＨ−］ 発展的内容 ［ ＣＨ３ＣＯＯＨ］［ＯＨ−］ ――――――――――＝Ｋ ［ＣＨ３ＣＯＯ−］［Ｈ２Ｏ］ ［ ＣＨ３ＣＯＯＨ］［ＯＨ−］ ――――――――――＝Ｋ［Ｈ２Ｏ］＝Ｋh ［ＣＨ３ＣＯＯ−］ ［H＋］ ［ ＣＨ３ＣＯＯ−］ Ｋa＝―――――――――― ， Ｋw＝［H＋］［ＯＨ−］ ［ＣＨ３ＣＯＯＨ］ Ｋw ［ＣＨ３ＣＯＯＨ］［ＯＨ−］ ――＝―――――――――――＝Ｋh Ｋa ［ ＣＨ３ＣＯＯ−］ Ｋa＝１×１０−５mol/ｌ ，Ｋw＝１×１０−１４（ｍｏｌ/ｌ ）２とすると， Ｋｈ＝１×１０−９ｍｏｌ/ｌ となる。 また，
だから， ［ＣＨ３ＣＯＯＨ］［ＯＨ−］ ｃα・ｃα ｃα２ Ｋｈ＝―――――――――――＝―――――＝―――― ［ ＣＨ３ＣＯＯ−］ ｃ−ｃα １−α １−α≒１とすると， Ｋｈ＝ｃα２，α＝√（Ｋｈ/ｃ） ｃ＝０．１０ｍｏｌ/ｌ の溶液では，α＝√（１×１０−９/１×１０−１）＝１×１０−４ ［ＯＨ−］＝ｃα＝１×１０−１×１×１０−４＝１×１０−５〔ｍｏｌ/ｌ〕 ［Ｈ＋］＝Ｋｗ/［ＯＨ−］＝１×１０−９ ｐＨ＝−ｌｏｇ［Ｈ＋］＝９ |
| 酢酸溶液に塩酸や水酸化ナトリウム水溶液を加えたときのｐＨの変化と，酢酸に酢酸ナトリウム水溶液を加えたものに，塩酸や水酸化ナトリウム水溶液を加えたときのｐＨの変化は違います。後者の方が，ｐＨの変化が小さいのです。その理由を考えてみましょう。 |
（５）緩衝液 酢酸＋酢酸ナトリウム ＣＨ３ＣＯＯＨ ⇔ Ｈ＋ ＋ ＣＨ３ＣＯＯ− ［ＣＨ３ＣＯＯＨ］が大 ＣＨ３ＣＯＯＮａ ⇔ Ｎａ＋ ＋ ＣＨ３ＣＯＯ− ［ＣＨ３ＣＯＯ−］が大 強酸を加える⇒ ＣＨ３ＣＯＯ− ＋ Ｈ＋ → ＣＨ３ＣＯＯＨ 酢酸イオンがなくなるまで［Ｈ＋］はほとんど変化しない 強塩基を加える⇒ ＣＨ３ＣＯＯＨ ＋ ＯＨ− → ＣＨ３ＣＯＯ− ＋ Ｈ２Ｏ 酢酸分子がなくなるまで［ＯＨ−］はほとんど変化しない したがって，ｐＨを一定に保つことができる |
酢酸イオンが水素イオンを捕まえ，酢酸分子が水酸化物イオンを水に変えるのです。まるで魚がえさを待っているように，酢酸イオン酢酸分子が水素イオンや水酸化物イオンを待っているのです。  酢酸と酢酸ナトリウムの緩衝溶液のｐＨは，次のようになっています。 
酢酸ナトリウムは，酢酸と水酸化ナトリウムの中和によってできる塩でしたね。弱酸である酢酸に，強塩基である水酸化ナトリウムを加えていったときの中和滴定曲線の形を覚えていますか。  中和点がｐＨ７よりも大きいのが特徴です。これは，酢酸ナトリウムの加水分解によって説明できましたね。酢酸ナトリウムの水溶液にフェノールフタレイン溶液を加えると，うすい赤色でした。しかし，酢酸に水酸化ナトリウム水溶液を加えていったときの中和滴定曲線には，もう一つ特徴があります。それは，中和点まであまりｐＨが変化しないことです。これはどうしてでしょう。酢酸と酢酸ナトリウムによる緩衝作用ですね。 それでは，今日の学習内容の確認です。 １．弱酸の電離定数は，濃度が小さくなるほどどのように変化しますか？ ２．弱酸の電離度は，濃度が小さくなるほどどのように変化しますか？ ３．塩が水に溶けたｔき平衡移動が起こり，ＯＨ−やＨ＋を生じて塩基性や酸性を示すことを何といいますか？ ４．少量の酸や塩基を加えても，またうすめてもｐＨがほとんど変化しない溶液を何といいますか？ |
答
１．変わらない
２．大きくなる
３．塩の加水分解
４．緩衝液