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技能一覧 › 大学化学 溶液内の平衡

酸塩基化学種の分率

多塩基酸 の各化学種の分率を の関数として などと表し、与えた pH での各化学種の濃度を求められる

前提

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算数中学高校大学大学院

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説明

2 価の弱酸 は水溶液中で ・・ の 3 つの形（化学種）で存在し、その割合は pH によって変わります。この技能では、各化学種が全体のどれだけを占めるか（分率）を と電離定数だけの式で表し、pH が与えられたときの各化学種の濃度を求めます。緩衝液の設計や、ある pH で主にどの形が存在するかを判断する場面で使います。

なぜそうしてよいのか

の電離は 2 段階で、それぞれの電離定数は

です。 が決まっていれば、これらから 、 と、どの化学種も の何倍かで表せます。

全濃度を とし、分率を などと定義します。上の関係を代入して分子・分母に を掛けると

となります。3 つの分率の分子を足すとちょうど になるので、和は必ず 1 です。分率は と だけで決まり、全濃度 にはよりません。

直観的には、分母の 3 つの項のうち一番大きい項に対応する化学種が主に存在します。 が大きい（酸性が強い）ほど の項が効いて が多く、 が小さくなるにつれて 、さらに が主になります。特に のとき と は同じ量です。

手順

  1. pH から を求める

  2. 分母 の 3 つの項をそれぞれ計算する

  3. 求めたい化学種に対応する項を で割って分率を出す（ は 、 は 、 は ）

  4. 濃度が必要なら、分率に全濃度 を掛ける（例: ）

  5. 3 つの分率の和が 1 になることで検算する

例題

2 価の弱酸 の電離定数を 、 とする。pH を に保った の水溶液で、溶けている A を含む化学種全体のうち として存在するものの割合（分率） を分数で求めよ。

例題の解答

【手順 1】。

【手順 2】分母の各項は
、、
なので 。

【手順 3】

【手順 5】検算: 、 で、和は 。pH 6 では が主な化学種である。

よって 。

答え:

よくある誤り

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

この技能の次に学べること