リン酸と水酸化ナトリウムを混合した水溶液のpH 98回薬剤師国家試験問95

第98回薬剤師国家試験 問95
0.10mol/L リン酸400mL と0.20mol/L 水酸化ナトリウム300mLを混合した水溶液の25℃におけるpH に最も近いのはどれか。1つ選びなさい。

 

ただし、リン酸のpKa1= 2.12、pKa2= 7.21、pKa3= 12.32(各25℃)とする。
また、log 2= 0.30、log 3= 0.48とする。

 

1 4.7
2 6.9
3 7.2
4 7.7
5 9.8

トップページへ

 

薬剤師国家試験過去問題集 科目別まとめ一覧 へ

 

薬剤師国家試験過去問題集 物理 酸塩基平衡のpHの計算 へ

 

第98回薬剤師国家試験 問95 解答解説
正解は3の7.2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。

 

リン酸(H3PO4)は酸として三段階で解離する。

 

リン酸と水酸化ナトリウムを混合した水溶液のpH 98回薬剤師国家試験問95

 

上記の第一段階解離,第二段階解離,第三段階解離の酸解離定数をそれぞれKa1,Ka2,Ka3,とする。

 

リン酸溶液と水酸化ナトリウム溶液の混合後の水溶液において、どの化学種が酸または塩基としてpH計算の基となるかを判断する。

 

0.10mol/L リン酸400mL と0.20mol/L 水酸化ナトリウム300mLを混合すると、
最初は次の@の反応が進む。
H3PO4 + NaOH → NaH2PO4 + H2O …@

 

@の反応だけ進んだ後の各化学種の物質量は下記の通り。
リン酸と水酸化ナトリウムを混合した水溶液のpH 98回薬剤師国家試験問95

 

 

次に@の反応で生成したNaH2PO4と残りのNaOHが反応して、下記のAの反応が進む。

 

NaH2PO4 + NaOH → Na2HPO4 + H2O …A

 

Aの反応が進んだ後の各化学種の物質量は下記の通り。
リン酸と水酸化ナトリウムを混合した水溶液のpH 98回薬剤師国家試験問95

 

NaH2PO4とNa2HPO4は水中ではほとんど解離している。
NaH2PO4 → H2PO4− + Na+
Na2HPO4 → HPO4 2− + 2Na+

 

よって、混合後の水溶液には、
H2PO4−が20mmol/700mL,HPO4 2−が20mmol/70mLで存在している。

 

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H2PO4−とその共役塩基のHPO4 2−の塩(Na2HPO4)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、以下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。

 

H2PO4−は酸として次のように解離する。

 

リン酸と水酸化ナトリウムを混合した水溶液のpH 98回薬剤師国家試験問95

 

これはリン酸の第二段階解離である。

 

以上より、混合後の水溶液において、
H2PO4−を酸とし、その共役塩基をHPO4 2−として、
ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式を適応すると次式が成り立つ。

 

リン酸と水酸化ナトリウムを混合した水溶液のpH 98回薬剤師国家試験問95

 

リン酸の第二段階解離はH2PO4−の解離なので、
H2PO4−の酸解離定数(Ka)はリン酸の第二解離酸解離定数のKa2である。
よって、H2PO4−のpKaはリン酸のpKa2の7.21である。

 

したがって、次式が成り立つ。

 

リン酸と水酸化ナトリウムを混合した水溶液のpH 98回薬剤師国家試験問95

 

pH = 7.21

 

ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式より、
酸とその共役塩基の存在比が1:1の時は、
pH=酸のpKa
が成り立つ。

 

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)

 

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
98回問95(e-RECさん)

トップへ戻る