1 価の弱酸 を含む水溶液 を、緩衝液によって pH に保ったまま、水と混ざり合わない有機溶媒 と振り混ぜて分配平衡に達させた。有機相には分子形の だけが溶け、その分配係数は
である。水相では の電離が起こり、その電離定数は である。この 1 回の抽出で、はじめに水相にあった （ と の合計）のうち有機相に移った割合（抽出率）を分数で求めよ。ただし、活量係数はすべて 1 とみなし、有機相での会合は起こらず、両相の体積は変わらないものとする。
分配比（副反応を含む分配平衡）
水相での酸解離や有機相での二量化を含めた分配比 （例: ）を求め、それを使って抽出率を計算できる
前提
- 分配係数と抽出率 （大学化学 溶液内の平衡）
- 酸塩基化学種の分率 （大学化学 溶液内の平衡）
- 2次方程式の解の公式と判別式 （数学I 2次関数）
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説明
物質が水相で酸解離したり有機相で二量体をつくったりすると、同じ物質がいくつもの化学種に分かれて存在します。そのとき抽出のしやすさを表すのは、各相にあるその物質の全濃度（分析濃度）の比である分配比 です。この技能では、分配係数 と副反応の平衡定数から を求め、抽出率の式の を に置きかえて抽出率を計算します。pH を変えて弱酸の抽出率を調節するときなどに使います。
なぜそうしてよいのか
分配係数 は、両相を行き来できる「同じ形の化学種」どうしの濃度比です。弱酸 HA では、水相の HA の一部が と解離します。イオン は電荷をもつので有機溶媒にはほとんど溶けず、有機相には HA だけがあるとみなせます。すると各相の全濃度は
となり（ を使った）、比をとると が消えて
が得られます。 は水相で HA が分子形で存在する分率です。pH が低い（）と 、pH が高いと は小さくなり抽出されにくくなります。
有機相で二量化 （二量化定数 ）が起こる場合も同じ考え方で、二量体 1 個は HA 2 個分なので と数えます。このときは が を含む式になり濃度に依存するので、物質量の保存の式から についての 2 次方程式を立てて解くことになります。
抽出率は、物質全体のうち有機相に移った割合です。全物質量は なので
となり、1 回の抽出率の式の を に置きかえた形になります。
手順
各相にある化学種をすべて書き出し、どれが両相を行き来するか（分配係数 が定義される化学種）を確認する
各相の全濃度を書く。弱酸なら 、（二量体があれば ）
平衡定数（、、 など）を使って、各濃度を共通の 1 つの濃度（例: ）で表す
比 をとる。弱酸の解離だけなら となり、与えられた pH の を代入する
抽出率 に と両相の体積を代入する
例題
弱酸 HA の水溶液 を、pH を に保ったまま の有機溶媒と振り混ぜて 1 回抽出する。HA の分配係数を 、水相での酸解離定数を とし、 は有機相に移らず、有機相で HA は解離も二量化もしないものとする。また抽出の間に両相の体積は変わらないものとする。HA の抽出率（はじめの HA 全体のうち有機相に移った割合）を既約分数で求めよ。
例題の解答
手順 1: 水相には と 、有機相には だけがあり、両相を行き来するのは 。
手順 2: 、。
手順 3: 、。
手順 4: pH より なので
手順 5:
（約 。もし解離を無視して を使うと となり、抽出率を過大に見積もってしまう。）
答え:
よくある誤り
副反応があるのに、抽出率の式に分配係数 をそのまま使って としてしまう誤り。正しくは各相の全濃度の比である分配比 を使い、 とする。
分率を逆に取り、（ の分率）としてしまう誤り。有機相に移るのは分子形の HA なので、正しくは 。pH を上げると が小さくなることで確かめられる。
有機相の二量体を 1 個として数え、 としてしまう誤り。二量体 1 個には HA が 2 個分含まれるので、正しくは 。
pH から を求めるときに としてしまう誤り。正しくは （pH なら ）。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
で、カルボン酸 を 含む水溶液 に、水と混ざらない有機溶媒 を加えてよく振り混ぜ、平衡に達するまで放置した。水相は塩酸で強酸性に保たれており、水相中での の酸解離は無視できる。また、水相中では は単量体としてのみ存在する。
有機相中では、 は単量体と二量体 として存在し、次の平衡が成り立つ。
この 1 回の抽出で、はじめに水相にあった のうち有機相に移ったものの割合（抽出率）は何 % か。有効数字 3 桁で求めよ。ただし、活量係数はすべて とし、振り混ぜによって両相の体積は変化しないものとする。
弱酸 を含む水溶液 がある。この水溶液は緩衝液で に保たれている。この水溶液から、水と混ざらない有機溶媒で を抽出する。有機溶媒 を加えて振り混ぜ、分配平衡に達したら有機相を分離して取り出す、という操作を、新しい有機溶媒 を使って合計 3 回くり返した。
水中での の酸解離定数（濃度で表したもの）は 、分子形 の分配係数は である。活量係数はすべて 1 とみなし、 として扱う。 は有機相に移らず、有機相中で は解離も会合もしないものとする。また、抽出の前後で水相・有機相の体積は変わらないものとする。
3 回の抽出で有機相に取り出された の物質量の合計は、はじめに水溶液中にあった と の物質量の合計の何倍か。既約分数で求めよ。