酸と塩基（知識）の問題

難易度 4国公立二次の標準レベル高校化学酸と塩基（知識）

水の電離と水溶液の pH、身のまわりの物質の液性について述べた次の記述のうち、正しいものを、次のア〜カから 3 つ選べ。ただし、特に断りのない限り温度は $25^{\circ} C$ とし、水の電離 $H_{2} O ⇄ H^{+} + O H^{-}$ は吸熱反応であるものとする。また、水溶液が中性であるとは $[H^{+}] = [O H^{-}]$ が成り立つこと、酸性であるとは $[H^{+}] > [O H^{-}]$ 、塩基性であるとは $[H^{+}] < [O H^{-}]$ が成り立つこととする。

ア　純水の温度を $25^{\circ} C$ から上げると、水のイオン積 $K_{w}$ は大きくなるが、純水では $[H^{+}] = [O H^{-}]$ のままである。
イ　 $60^{\circ} C$ の純水の pH は、 $7$ より大きい。
ウ　塩酸を純水で何倍にうすめていっても、pH は $7$ に近づくだけで、 $7$ を超えて塩基性になることはない。
エ　濃度がともに $0.1 mol/L$ の酢酸水溶液と塩酸では、塩酸のほうが pH が小さい。
オ　 $25^{\circ} C$ の水溶液中の水素イオン濃度 $[H^{+}]$ が大きくなると、水酸化物イオン濃度 $[O H^{-}]$ も大きくなる。
カ　セッケン水は、酸性を示す。

この問題で使うもの

水の電離と pH・身のまわりの物質の液性（説明と入口の問題）
酸・塩基の価数・強弱と電離度（説明と入口の問題）

この問題を解けるようになるまで（6 技能）

算数中学高校大学大学院

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ヒント

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ヒント 1

水のイオン積 $K_{w} = [H^{+}] [O H^{-}]$ と、問題文で定めた中性・酸性・塩基性の定義（ $[H^{+}]$ と $[O H^{-}]$ の大小）を使う。

ヒント 2

温度が一定なら $K_{w}$ は一定。吸熱反応の平衡は温度を上げると右に移動する。純水では電離で $H^{+}$ と $O H^{-}$ が同じ数だけ生じる。

ヒント 3

オとカは誤りとわかる。残りのア〜エのうち、高温の純水の pH が $7$ より大きいか小さいかを $[H^{+}] = K_{w}$ から確かめれば、誤りの 1 つが決まる。

答えと解説

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ア, ウ, エ

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解説を読む

水溶液中では、水の電離平衡 $H_{2} O ⇄ H^{+} + O H^{-}$ が成り立ち、温度が一定なら水のイオン積 $K_{w} = [H^{+}] [O H^{-}]$ は一定である（ $25^{\circ} C$ で $1.0 \times 1 0^{- 14} (mol/L)^{2}$ ）。水溶液の液性は $[H^{+}]$ と $[O H^{-}]$ の大小で決まり、 $25^{\circ} C$ では中性の水溶液の pH が $7$ になる。

ア　正しい。水の電離は吸熱反応なので、温度を上げると平衡が右に移動し、 $K_{w}$ は大きくなる。しかし純水では $H_{2} O$ $1$ 個の電離で $H^{+}$ と $O H^{-}$ が $1$ 個ずつ生じるので、つねに $[H^{+}] = [O H^{-}]$ であり、中性のままである。
イ　誤り。 $60^{\circ} C$ では $K_{w}$ が $1.0 \times 1 0^{- 14}$ より大きいので、純水の $[H^{+}] = K_{w}$ は $1.0 \times 1 0^{- 7} mol/L$ より大きく、pH は $7$ より小さい（それでも $[H^{+}] = [O H^{-}]$ なので中性である）。
ウ　正しい。塩酸をうすめると塩化水素に由来する $H^{+}$ は減るが、水の電離による $H^{+}$ と $O H^{-}$ は同じ量ずつ生じるので、塩化水素に由来する $H^{+}$ の分だけ $[H^{+}]$ が $[O H^{-}]$ より大きいままである。よって pH は $7$ に近づくが、 $7$ を超えない。
エ　正しい。塩酸は強酸で電離度がほぼ $1$ 、酢酸は弱酸で電離度が小さいので、同じ濃度では塩酸のほうが $[H^{+}]$ が大きく、pH が小さい。
オ　誤り。温度が一定なら $[H^{+}] [O H^{-}] = K_{w}$ （一定）なので、 $[H^{+}]$ が大きくなると $[O H^{-}]$ は小さくなる。
カ　誤り。セッケン水は弱い塩基性を示す（身のまわりの物質の pH の例で、セッケン水は pH が $7$ より大きい側にある）。

よって、正しいものはア、ウ、エである。

別解

ア: 水の電離は吸熱反応なので、温度を上げると平衡は電離の向きに移動し、 $K_{w} = [H^{+}] [O H^{-}]$ は大きくなる。純水では $H_{2} O$ の電離で $H^{+}$ と $O H^{-}$ が同数生じるので $[H^{+}] = [O H^{-}]$ のまま（中性）。正しい。

イ: $60^{\circ} C$ では $K_{w} > 1.0 \times 1 0^{- 14} (mol/L)^{2}$ なので、純水の $[H^{+}] = K_{w} > 1.0 \times 1 0^{- 7} mol/L$ となり、pH は 7 より小さい。誤り。

ウ: 塩酸をうすめても酸の $H^{+}$ に水の電離による $H^{+}$ が加わるので、つねに $[H^{+}] ≧ [O H^{-}]$ で、pH は 7 に近づくだけで 7 を超えない。正しい。

エ: 酢酸は弱酸で電離度が小さく、塩酸（強酸）は完全に電離する。同じ濃度なら塩酸のほうが $[H^{+}]$ が大きく、pH が小さい。正しい。

オ: $25^{\circ} C$ では $[H^{+}] [O H^{-}] = K_{w}$ （一定）なので、 $[H^{+}]$ が大きくなると $[O H^{-}]$ は小さくなる。誤り。

カ: セッケンは弱酸（脂肪酸）と強塩基からなる塩で、加水分解により水溶液は弱塩基性を示す。誤り。

よって正しいものはア、ウ、エの 3 つ（問われた数と一致）。

この問題の確認

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