第13回化学概論アンモニアの合成弱酸の電離

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化学平衡の法則（質量作用の法則）
第13回化学概論
物質の変化と平衡
化学平衡
緩衝液
化学平衡の状態において、反応物と生成物の濃度
の間に、一定の関係が成り立っている。
sS + tT + ......
aA + bB + ....
[S]s[T]t....
[A]a[B]b....
平衡移動の原理
（ルシャトリエの原理）
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アンモニアの合成
平衡状態のとき、濃度、温度、圧力などの条件を変
えると、その影響を打ち消す方向に平衡が移動する。
H2 + I2
K=
2HI
[HI]
= Kc 平衡定数（温度によって決まる定数）
N2 + 3H2 =2NH3 + 92 kJ
生成したNH3を速やかに取り出す
発熱反応なので、低温にする
圧力が減少する反応なので圧力を高くする
触媒
2
[H2][I2]
温度一定ならばKの値は一定である。
H2あるいはI2加える→平衡が右に移動→2HI生成する
HI取り除く→平衡が右に移動→2HIがたくさん生成する
HI加える→平衡が左に移動→2HIが減少、H2とI2生成する
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弱酸の電離
緩衝液
大量の弱酸と大量のその塩、もしくは大量の弱
塩基とその塩を溶かした溶液。少々の酸や塩基を
加えてもpHの変化しない溶液→生体の体液
CH3COOH
CH3COO－
CH3COOH
=
[H+]
[CH3COOH]
H+
H+ + CH3COO－
Ka=
[CH3COO-][H+]
[CH3COOH]
血液
H2CO3 （弱酸性）-NaHCO3（弱塩基性）
NaH2PO4（弱酸性）-Na2HPO4 （弱塩基性）
正常な血液 pH 7.4
アシドーシス：正常値より酸性側
アルカローシス：正常値よりアルカリ性側
1
酢酸ナトリウム/酢酸緩衝液に酸を
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加える
酢酸ナトリウム/酢酸緩衝液にアル
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カリを加える
pH変化せず
pH変化せず
P62
P62
緩衝液
血液中のCO2とpH
大量の弱酸と大量のその塩、もしくは大量の弱塩
基とその塩を溶かした溶液のこと。
CO2 + H2O
H2CO3
CH3COO- + H+
0
0
CH3COOH
C1
-
CH3COONa
0
CH3COO + Na
C2
C2
-
pH = pKa + log
+
[CH3COO ][H ]
[CH3COOH]
[CH3COOH]
+
[H ]= Ka
[CH3COO-]
Ka=
= Ka
C1
C2
緩衝液のpHの算出
= 6.1 + log
[HCO3-]
[H2CO3]
共役塩基
（弱酸の塩）
弱酸
正常な血液
[HCO3-]=0.023 mol/L, [H2CO3]=1.16 x 10-3 mol/L
pH=7.40
ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式
HA ：酸
A − ：酸の共役塩基
Ka：酸解離定数（電離定数）
[HCO3-]
[H2CO3]
ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式
pH = pKa + log C2
C1
[A−]
pH = pKa + log
[HA]
Ka =7.9 x 10-7 mol/L
pKa =6.1
[H+][HCO3-]
[H2CO3]
Ka=
+
H2CO3
H + HCO3+
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問題
血液のpHを求めよ。ただし、血液中の[H2CO3]=1.16 x
10－3 mol/ℓ, [HCO3－]=0.023 mol/ℓ, Ka=10－6.1とする。
[H+][HCO3-]
[H2CO3]
[H+]= Ka[H2CO3]/[HCO3-]
pH=-log [H+]=-log Ka[H2CO3]/[HCO3-]
pKa = -logKa
[HCO3-]
[HCO3-]
pH = pKa + log
= 6.1 + log
[H2CO3]
[H2CO3]
Ka=
=6.1 + log (0.023/1.16 x 10-3) = 7.40
2
第 1３回化学概論
平衡定数
2NH3 になる反応が平衡に達しているときに成立する関係式（平衡定数 K の式）を示せ
1. 3H2 + N2
2. H2 + I2
2HI になる平衡定数 K を示せ。
3. H2 + I2
2HI の平衡定数を K=49 とする。[H2]=[I2]=1.0 mol/L のとき、HI の濃度を求めよ。
4. 次の反応式について濃度平衡定数の式を記せ。
A) N2O4
2NO2
B) Br2 + Cl2
2BrCl
C) 2H2O
O2 + 2H2
D) 2O3
E) Cu2+ +
F)
3O2
4NH3
CH3COOH
[Cu(NH3)4]2+
CH3COO－ + H+
緩衝液（緩衝溶液）
5. 血液は炭酸/炭酸水素イオン緩衝液である。水素イオン濃度[H+], 炭酸水素イオン濃度[HCO3－], 炭酸濃度[H2CO3]
を用いて炭酸の酸解離定数（電離定数）Ka の定義式を示せ。
6. 1 の Ka の定義式を変形し、ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式(pH)で記せ。
7. 血液の pH を求めよ。ただし、血液中の[H2CO3]=1.16 x 10－3 mol/L, [HCO3－]=0.023 mol/L, Ka=10－6.1 とする。
8. 次の溶液の pH を求めよ。ただし、酢酸の電離定数は Ka=10－4.8 とする。有効数字 2 桁
(1) 0.20 mol CH3COOH と 0.10 mol CH3COONa を含む 1 L の水溶液の pH
(2) 0.20 mol CH3COOH と 0.20 mol CH3COONa を含む 1 L の水溶液の pH
(3) 0.10 mol CH3COOH と 0.20 mol CH3COONa を含む 1 L の水溶液の pH
9. 次の溶液の pH を求めよ。ただし、炭酸の電離定数は Ka=10－6.1 とする。有効数字 2 桁
(1) 0.20 mol H2CO3 と 0.50 mol NaHCO3 を含む 1 L の水溶液の pH
(2) 0.20 mol H2CO3 と 0.80 mol NaHCO3 を含む 1 L の水溶液の pH
(3) 0.30 mol H2CO3 と 0.20 mol NaHCO3 を含む 1 L の水溶液の pH
第 1３回化学概論解答
5.
6
7. pH=7.40
8. (1) pH=pKa + log[CH3COO－] / [CH3COOH] = 4.8 + log (0.1/0.2) =4.5
(2) pH=pKa + log[CH3COO－] / [CH3COOH] = 4.8 + log (0.2/0.2) =4.8
(3) pH=pKa + log[CH3COO－] / [CH3COOH] = 4.8 + log (0.2/0.1) =5.1
9. (1) pH=pKa + log [HCO3－]/ [H2CO3] = 6.1 + log (0.50/0.20) =6.5
(2) pH=pKa + log [HCO3－]/ [H2CO3] = 6.1 + log (0.80/0.20) =6.7
(3) pH=pKa + log [HCO3－]/ [H2CO3] = 6.1 + log (0.20/0.30) =5.9

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