沈殿平衡 共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

第93回薬剤師国家試験 問19
沈殿平衡に関する記述の正誤を判定してみよう。

 

a 難溶性塩のAg2CrO4の溶解度Sと溶解度積KSPの間には、KSP=4S3の関係がある。

 

b 異種イオン効果とは、溶液中に沈殿物と無関係なイオンが多量に存在すると、沈殿物の溶解度が減少することである。

 

c 共通イオン効果とは、難溶性塩の飽和溶液に共通イオンを加えると、難溶性塩の溶解度が著しく増加することである。

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第93回薬剤師国家試験 問19 解答解説
● aについて
共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

下の図は本問のAg2CrO4の飽和溶液の沈殿平衡(溶解平衡)の様子と溶解度積(Ksp)を表す。
青字の数字は各イオン濃度(mol/L)である。

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

 

難溶性塩MxAyの飽和溶液では、
下記の溶解平衡が成立している。

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19
MxAyの飽和溶液の溶解平衡は次のように表せる。

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

上記の溶解平衡の平衡定数Kについて次式が成り立つ。

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

固体の濃度は一定とみなせる。
よって、上記のKにおいて、 [MxAy(固体)]を一定値とし、K×[MxAy(固体)]=Kspと定める。
KspをMxAyの溶解度積と呼ぶ。

 

MxAyの飽和溶液において、溶解度積Kspについて次式が成り立つ。

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19
そのMxAyの飽和溶液における各イオンの濃度である。

 

難溶性塩MxAyの溶解度をCsat(mol/L)とすると、
MxAyの飽和溶液の沈殿平衡の様子と溶解度積(Ksp)は下図のようになる(ただし、共存イオンの影響等は考慮していない)。青字の数字は各イオン濃度(mol/L)である。

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

 

以上のことを本問のAg2CrO4の溶解平衡に適用する。

 

難溶性塩Ag2CrO4の飽和溶液の溶解平衡は次のように表せる。

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

Ag2CrO4の溶解度積Kspについて次式が成り立つ。

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19
本問のAg2CrO4の飽和溶液における各イオンの濃度であるが、
本問のAg2CrO4溶液中では、共通イオン効果を考慮しなくてもよいと考えられる。

 

よって、Ag2CrO4の溶解度がS(mol/L)であるとのことから、反応式より、
共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19
であると考えられる。

 

したがって、本問のAg2CrO4飽和溶液において、
Ag2CrO4の溶解度積kspについて次式が成り立つ。

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

 

以上より、
本問のAg2CrO4の飽和溶液の沈殿平衡の様子と溶解度積(Ksp)は下図のようになる。
青字の数字は各イオン濃度である。

 

共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19

 

 

★参考外部サイトリンク
沈殿平衡(溶解度と溶解度積)(薬学、これでOK!さん)

 

 

● bについて
b × 異種イオン効果とは、溶液中に沈殿物と無関係なイオンが多量に存在すると、沈殿物の溶解度が減少することである。

 

→ 〇 異種イオン効果とは、溶液中に沈殿物と無関係なイオンが多量に存在すると、沈殿物の溶解度が増加することである。

 

異種イオン効果の例として、難溶性塩AgClの沈殿が存在する飽和溶液に、硝酸HNO3や硫酸H2SO4を添加してNO3−とSO4 2−というAgClが解離して生成するイオン(Ag+とCl−)とは異なるイオンを存在させると、沈殿しているAgClの溶解度が増大する。

 

 

● cについて
c × 共通イオン効果とは、難溶性塩の飽和溶液に共通イオンを加えると、難溶性塩の溶解度が著しく増加することである。

 

→ 〇 共通イオン効果とは、難溶性塩の飽和溶液に共通イオンを加えると、難溶性塩の溶解度が著しく減少することである。

 

共通イオン効果の例として、難溶性塩AgClの沈殿が存在する飽和溶液に、HClを添加してCl−というAgClが解離して生成するイオン(Ag+とCl−)と共通のイオンを増やすと、沈殿しているAgClの溶解度が減少する。

 

ただ、共通イオンを大過剰に加えると、沈殿の溶解度が増加する場合もある。
AgClの沈殿が存在する飽和溶液にCl−を大過剰に加えると、
共通イオン効果,異種イオン効果 薬学 薬剤師国家試験93回問19
という反応が進み、共通イオンであるCl−の増加により、結果としてAgClの沈殿の溶解度が増加する。

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