酢酸と水酸化ナトリウムの混合溶液に塩酸を加えた溶液のpH 104回薬剤師国家試験問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
第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。
本問は、緩衝液のpHの計算である。
酸塩基平衡のpHの計算では、計算の基となる酸または塩基を見つけることが重要である。
2回混合を行っている。
2回の混合において、混合の前後で各化学種がどれだけあるかを考える。
① 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。
①の混合により、次の化学反応が起こる。
CH3COOH ＋ NaOH → CH3COONa ＋ H2O
①の混合前後の各化学種の物質量は下記の通り。
なお、弱酸と強塩基の塩であるCH3COONaは水中ではほとんど電離している。
CH3COONa → CH3COO－ ＋ Na+
② 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。
②の混合により、次の化学反応が起こる。
CH3COONa ＋ HCl → CH3COOH ＋ NaCl
②の混合前後の各化学種の物質量は下記の通り。
②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。
CH3COONaは、水中でほとんどがCH3COO－とNa+に解離している。
弱酸とその共役塩基の塩の混合溶液、または、弱塩基とその共役酸の塩の混合溶液は緩衝液である。
本問の混合後の水溶液は、弱酸のCH3COOHとその共役塩基のCH3COO－の塩（CH3COONa）から成る緩衝液である。
弱酸とその共役塩基の塩の緩衝液のpHは、下記のように弱酸のヘンダーソン・ハッセルバルヒの式を用いて求められる。
酸をHA，その共役塩基をA：－とすると、次式が成り立つ。
この式を②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
なお、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）
★他サイトさんの解説へのリンク
104回問91（e-RECさん）