応用化学演習 I 小テスト No.4-7 解答例（H26-12-22）
R=8.31JK-1mol-1，F=96500C
学籍番号＿＿＿＿＿氏名＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
１．次の事柄を例を挙げて説明せよ．6,6,7 点
４．Cd|Cd2+(a=0.10)||Cu2+(a=1.0),Cu+(a=0.010)|Pt の電
(1)水溶液系で弱い塩基ほどその共役酸は強い
池について下記の問に答えよ．ただし，
4+
例，NH3 + H2O =NH + OH において NH3 が塩基，
Cd2+ + 2e- = Cd (E0= -0.403V) at 25℃
4+
4+
+
NH が共役酸．共役酸は，NH + H2O = NH3 +H3O
Cu2+ + e- = Cu+ (E0= 0.153V) at 25℃
NH3 の塩基解離定数 Kb=[NH4+][OH-]/[NH3]
(1)半電池反応と全反応を書け．(7 点)
NH4+の酸解離定数 Ka=[NH3][H3O+]/[NH4+]
anode: Cd = Cd2+ + 2eKb･Ka=Kw で，Kb が小さければ Ka は大きくなる
cathode: Cu2+ + e- = Cu+
(2) 非水溶媒中では HBr と HI の酸の強さは異なるが
Cd + 2Cu2+ = Cd2+ + 2Cu+
(2)この電池の起電力を求めよ．(10 点)
水中では同じになるのは何故か．
anode の電位
水中では H3O+よりも強い酸はすべて H2O に H+を与
+
Eanode = E0-(RT/nF)ln(1/a[Cd2+]) = -0.433V
えて H3O を生成する．よって，例えば HBr と HI の酸
+
の強さは水中では同じになる．水は H3O よりも強い
cathode の電位
Ecathode = E0-(RT/nF)ln(a[Cu+]/a[Cu2+]) = 0.271V
酸をすべて同じ酸強度まで水平化してしまう．
起電力は，
Ecathode -Eanode =0.271-（-0.433）= 0.704V
(3) AgCl は純水中よりも NaCl 溶液中でよく溶ける更
に溶けなくなる．
(3)この電池反応に伴うΔG を求めよ．(8 点)
ΔG=-nFE
難溶性のある塩が溶けている水溶液に，その塩のイ
= ……＝-136kJ/mol
オンと共通のイオンを加えることによって，溶解度が
５．Zn2+(1 moldm3)と Fe2+(0.1 moldm3)をそれぞれ含
下がる現象のことを共通イオン効果という．これによ
り NaCl 溶液中では AgCl が更に溶けなくなる．
む水溶液を塩橋で連絡してそれぞれの溶液に Zn と
-6
-3
3
２．1.00x10 mol dm の NaOH 溶液 10.00 dm に純
Fe 金属電極を入れた電池がある．次の問に答えよ．
水 1000 dm3 を加えた．この溶液の pH を求めよ．ただ
た だ し ， 活 量 係 数 は 全 て 1 ， E0(Zn2+/Zn)= -0.76 ，
し，Kw=1.00x10-14 mol2 dm-6．10 点
E0(Fe2+/Fe)= -0.44．
-6
-8
NaOH の濃度は c=1x10 x10/1000=1x10
(1)どちらがカソードになるか（理由も必要）．(5 点)
+
Fe の方がより貴な電位を示すのでカソード
NaOH = Na + OH
カソードにはカチオンが近づき，還元が起こる
H2O = H+ + OH(2)この電池の起電力を求めよ．(10 点)
電荷の釣り合いから，
Zn| Zn2+(a=1.0) || Fe2+(a=0.1) | Fe
[Na+]+[H+]=[OH-], [OH-]=c(NaOH)+[H+]
Fe2+ + 2e- = Fe E10=-0.44V cathode
KW=[H+][OH-]=[H+](c+[H+])
anode
+) Zn = Zn2+ + 2e- E20=0.76V
[H+]2+c[H+]-Kw=0, [H+]=9.512x10-8 moldm-3
E0=0.32V
Fe2+ + Zn = Fe + Zn2+
pH=7.02
E = E0 –(RT/nF)ln([Zn2+]/[Fe2+])
= 0.32 – (0.059/2)log（1.0/0.1）
３．酢酸に関する次の問に答えよ．20 点，各 10 点
= 0.29V
(1)酢酸 0.1 mol dm-3 における解離定数 K が 1.8x10-4
mol dm-3 であった．この濃度における酢酸の電離度 α
６．下記のデータより，MnO4- が酸性水溶液中で Fe2+を
はいくらか．
酸化して，Mn2+となる反応が熱力学的に進行するはず
+
CH3COOH = CH3COO + H
であることを示せ．(10 点)
0.1(1-α)
0.1α
0.1α
MnO4- + 8H+ +5e- = Mn2+ + 4H2O
E0= 1.15V
-4
2
3+
2+
1.8x10 = (0.1α) /{0.1(1-α)}
Fe + e = Fe
E0= 0.77V
2
-3
-3
α + 1.8x10 α -1.8x10 =0
MnO4-/ Mn2+極：Cathode
-2
α = 4.3x10
Fe3+/Fe2+極：Anode
(2)この酢酸溶液に HCl ガスで HCl の濃度を 0.01 mol
電池反応
dm-3 にすると，酢酸の電離度はいくらに変化するか．
MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O E0= 1.15V
+
電離度を α’とすると，[H ] = 0.1α’ + 0.01
+)5Fe3+
+ 5e- = 5Fe2+
E0= 0.77V
+
+
3+
2+
CH3COOH = CH3COO + H
MnO4 + 8H + 5Fe = Mn + 4H2O +5Fe2+
0.1α’ + 0.01
0.1(1-α’)
0.1α’
K=([Mn2+][Fe2+]5/([MnO4-][Fe3+]5[ H+]8))として
-4
1.8x10 = (0.1α’)( 0.1α’+0.01)/{0.1(1-α’)}
E=(Ec0-Ea0) - (RT/nF)lnK
2
-1
-3
-3
α’ + (10 + 1.8x10 ) α’ – 1.8x10 = 0
平衡に達したら E=0 となるので，
α’ = 1.5x10-2
lnK = (Ec0-Ea0)nF/RT
= (1.15-0.77)x5x96500/(8.31x298)=74.04
=1.43x1032
平衡が著しく右に偏っている．
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