薬剤師国家試験過去問題集　物理　酸塩基平衡のpHの計算　104回問91

第104回薬剤師国家試験　問91
0.200mol/L 酢酸50.0 mL に0.100 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液50.0mLを加えた。その後、この混合溶液に対して1.00mol/L 塩酸を1.00 mL加えた溶液のpHに最も近い値はどれか。1つ選びなさい。
ただし、酢酸のpKa= 4.70、log2=0.301、log3 = 0.477 とする。

 

1　2.01
2　3.41
3　4.52
4　4.70
5　4.93

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104回薬剤師国家試験　問91　解答解説

 

正解は3の4.52である。

 

2回混合を行っているが、
混合の前後で各化学種がどれだけ存在するかを考える。

 

�@　0.200mol/L 酢酸50.0 mL に0.100 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液50.0mLを加えた。

 

�@の混合により、次の反応が起こる。

 

CH₃COOH　＋　NaOH　→　CH₃COONa　＋　H₂O

 

�@の混合前後の各化学種の物質量は下記の通り。

 

 

 

�A　その後、この混合溶液に対して1.00mol/L 塩酸を1.00 mL加えた。

 

�Aの混合により、次の反応が起こる。

 

CH₃COONa　＋　HCl　→　CH₃COOH　＋　NaCl

 

�Aの混合前後の各化学種の物質量は下記の通り。

 

 

�Aの混合後、
CH₃COOHが6mmol/101mL，CH₃COONaが4mmol/101mLの濃度で存在していると考えられる。

 

混合後の水溶液は、
弱酸（CH₃COOH）とその共役塩基の塩（CH₃COONa）から成る緩衝液である。

 

水溶液中でのCH₃COOHとCH₃COONaの電離は下記の通り。

 

 

CH₃COONaは水中で完全に電離するが、
CH₃COOHは水中ではほとんど電離しない。

 

弱酸とその共役塩基の塩の緩衝液のpHについて、
次の弱酸のヘンダーソン・ハッセルバルヒの式が成り立つ。

 

 

この式を�Aの混合後のCH₃COOHとその共役塩基であるCH₃COO⁻に適応する。

 

 

pH　＝　4.70　＋　log2　−　log3

 

pH　＝　4.70　＋　0.301　−　0.477

 

pH　＝　4.524

 

本問における混合後の溶液のように、弱酸とその共役塩基の塩が混在する溶液，または弱塩基とその共役酸の塩が混在する溶液を緩衝液といい、少量の酸や塩基が加えられることや希釈することに対してpHの変動を少なくするという緩衝作用を持つ。

 

★参考外部サイトリンク
酸・塩基の定義（猫でもわかる有機化学さん）

 

酸・塩基の平衡（猫でもわかる有機化学さん）

 

緩衝作用（薬学これでOK！さん）

 

★他サイトさんの解説へのリンク
104回問91（e-RECさん）

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