薬剤師国家試験過去問題集　物理　酸塩基平衡　90回問17

第90回薬剤師国家試験　問17
図は三塩基酸(H3Y)の各分子種のモル分率とpHの関係を示したもの である。次の記述の正誤を判定してみよう。

 

 

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第90回薬剤師国家試験　問17　解答解説

 

三塩基酸H3Y溶液の、pHと各化学種のモル分率の関係は下記の通り。

 

 

 

a　〇　曲線の交点Aでは、H3YとH2Y−のモル比は1：1である。

 

 

 

以下、詳細

 

 

・点F〜点D

 

 

点F〜点DのpHでは下記の第一段階酸解離平衡反応が動き、H3YとH2Y−の2種で全体の割合を大きく占める。

 

 

第一段階の酸解離平衡のKa,pKaをKa1,pKa1と表す。
また、この酸解離平衡のKa,pKaを、
H3YのKa,H3YのpKaという表し方もする。

 

第一段階の酸塩基平衡について、次のヘンダーソン・ハッセルバルヒの式が成り立つ。

 

 

上式より、各pHにおけるH3YとH2Y−の存在比がわかる。

 

 

点Fでは、この物質はほぼ100％の割合でH3Yとして存在している。
pHが上がるにつれ、H3YからH2Y−に変わるものが増えていく。

 

pHがH3YのpKa（pKa1）と等しくなると（点A）、H3YとH2Y−とで全体の割合を50％ずつ占める（H3Y：H2Y− ＝ 1：1）。

 

さらにpHが上がるにつれ、H3YからH2Y−に変わるものが増え、点DのpHではこの物質はほぼ100％の割合でH2Y−として存在している。

 

点DのpHについて、次式が成り立つ。

 

 

・点D〜点E

 

 

点D〜点EのpHでは第二段階酸解離平衡反応が動き、H2Y−とHY2−の2種で全体の割合を大きく占める。

 

 

この酸塩基平衡について、次のヘンダーソン・ハッセルバルヒの式が成り立つ。

 

 

上式より、各pHにおけるH2Y−とHY2−の存在比がわかる。

 

 

点Dでは、この物質はほぼ100％の割合でH2Y−として存在している。
pHが上がるにつれ、H2Y−からHY2−に変わるものが増えていく。

 

pHがH2Y−のpKa（pKa2）と等しくなると（点B）、H2Y−とHY2−とで全体の割合を50％ずつ占める（H2Y−：HY2− ＝ 1：1）。

 

さらにpHが上がるにつれ、H2Y−からHY2−に変わるものが増え、点EのpHではこの物質はほぼ100％の割合でH2Y−として存在している。

 

点EのpHについて、次式が成り立つ。

 

 

・点E以上のpH

 

 

点E以上のpHでは第三段階酸解離平衡反応が動き、HY2−とY3−の2種で全体の割合を大きく占める。

 

 

この酸塩基平衡について、次のヘンダーソン・ハッセルバルヒの式が成り立つ。

 

 

上式より、各pHにおけるHY2−とY3−の存在比がわかる。

 

点Eでは、この物質はほぼ100％の割合でHY2−として存在している。
pHが上がるにつれ、HY2−からY3−に変わるものが増えていく。

 

pHがHY2−のpKa（pKa3）と等しくなると(点C)、HY2−とY3−とで全体の割合を50％ずつ占める（HY2−：Y3− ＝ 1：1）。

 

さらにpHが上がるにつれ、HY2−からY3−に変わるものが増えていき、いずれこの物質はほぼ100％の割合でY3−として存在する状況になる。

 

 

以上のことを踏まえ、問題のa〜eの正誤を判定してみる。

 

 

・aおよびcについて

 

 

 

A：pH=pka1＝H3YのpKa
H3YとH2Y−がH3Y全体を50％ずつで占める。

 

B：pH=pka2=H2Y−のpKa
H2Y−とHY2−がH3Y全体を50％ずつで占める。

 

C：pH=pka3=HY2−のpKa
HY2−とY3−がH3Y全体を50％ずつで占める。

 

 

・ｂについて

 

 

 

 

・ｄについて

 

 

 

 

・eについて

 

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