第14章酸塩基平衡
Key Concepts and Summary重要な概念とまとめ
The relative strengths of acids and bases are reflected in the magnitudes of their ionization constants; the stronger the acid or base, the larger its ionization constant. A reciprocal relation exists between the strengths of a conjugate acid-base pair: the stronger the acid, the weaker its conjugate base. Water exerts a leveling effect on dissolved acids or bases, reacting completely to generate its characteristic hydronium and hydroxide ions (the strongest acid and base that may exist in water). The strengths of the binary acids increase from left to right across a period of the periodic table (CH4 < NH3 < H2O < HF), and they increase down a group (HF < HCl < HBr < HI). The strengths of oxyacids that contain the same central element increase as the oxidation number of the element increases (H2SO3 < H2SO4). The strengths of oxyacids also increase as the electronegativity of the central element increases [H2SeO4 < H2SO4].
酸と塩基の相対的な強さは電離定数の大きさに表れ、酸や塩基が強いほど電離定数が大きい。共役酸塩基対の強さは互いに逆の関係にあり、酸が強いほどその共役塩基は弱い。水は溶け込んだ酸や塩基に水平化効果を及ぼし、完全に反応して、水に特徴的なオキソニウムイオンと水酸化物イオン(水中に存在できる最も強い酸と塩基)を生じる。二元化合物の酸の強さは、周期表の同じ周期では左から右へ増し(CH4 < NH3 < H2O < HF)、同じ族では上から下へ増す(HF < HCl < HBr < HI)。同じ中心元素を持つオキソ酸では、その元素の酸化数が大きいほど酸が強い(H2SO3 < H2SO4)。また、中心元素の電気陰性度が大きいほど、オキソ酸は強くなる[H2SeO4 < H2SO4]。
Key Equations重要な式
Ka Kb = 1.0 10−14 = Kw |
Chemistry End of Chapter Exercises章末問題
Exercises 26–68練習問題 26–68
Exercise 26問題 26
Explain why the neutralization reaction of a strong acid and a weak base gives a weakly acidic solution.
強酸と弱塩基の中和反応で弱い酸性の溶液が生じる理由を説明しなさい。
Exercise 27問題 27
Explain why the neutralization reaction of a weak acid and a strong base gives a weakly basic solution.
弱酸と強塩基の中和反応で弱い塩基性の溶液が生じる理由を説明しなさい。
Solution解き方
The salt ionizes in solution, but the anion slightly reacts with water to form the weak acid. This reaction also forms OH−, which causes the solution to be basic.
塩は溶液中で電離するが、その陰イオンが水とわずかに反応して弱酸を生じる。この反応ではOH−も生じるため、溶液は塩基性になる。
Exercise 28問題 28
Use this list of important industrial compounds (and Figure 14.8) to answer the following questions regarding: Ca(OH)2, CH3CO2H, HCl, H2CO3, HF, HNO2, HNO3, H3PO4, H2SO4, NH3, NaOH, Na2CO3.
次の工業上重要な化合物の一覧と図14.8を使って、以下の問いに答えなさい。Ca(OH)2、CH3CO2H、HCl、H2CO3、HF、HNO2、HNO3、H3PO4、H2SO4、NH3、NaOH、Na2CO3。
(a) Identify the strong Brønsted-Lowry acids and strong Brønsted-Lowry bases.
(a) ブレンステッド・ローリーの強酸と強塩基を特定しなさい。
(b) Identify the compounds that can behave as Brønsted-Lowry acids with strengths lying between those of H3O+ and H2O.
(b) H3O+とH2Oの間の強さを持つ、ブレンステッド・ローリーの酸として働ける化合物を特定しなさい。
(c) Identify the compounds that can behave as Brønsted-Lowry bases with strengths lying between those of H2O and OH−.
(c) H2OとOH−の間の強さを持つ、ブレンステッド・ローリーの塩基として働ける化合物を特定しなさい。
Exercise 29問題 29
The odor of vinegar is due to the presence of acetic acid, CH3CO2H, a weak acid. List, in order of descending concentration, all of the ionic and molecular species present in a 1-M aqueous solution of this acid.
英語のヒント
食酢のにおいは、弱酸である酢酸CH3CO2Hによる。この酸の1 M水溶液中に存在するイオンと分子の化学種をすべて、濃度の高い順に挙げなさい。
Solution解き方
[H2O] > [CH3CO2H] > ≈ > [OH−]
[H2O] > [CH3CO2H] > ≈ > [OH−]
Exercise 30問題 30
Household ammonia is a solution of the weak base NH3 in water. List, in order of descending concentration, all of the ionic and molecular species present in a 1-M aqueous solution of this base.
家庭用アンモニア水は、弱塩基NH3を水に溶かした溶液である。この塩基の1 M水溶液中に存在するイオンと分子の化学種をすべて、濃度の高い順に挙げなさい。
Exercise 31問題 31
Explain why the ionization constant, Ka, for H2SO4 is larger than the ionization constant for H2SO3.
H2SO4の電離定数Kaが、H2SO3の電離定数より大きい理由を説明しなさい。
Solution解き方
The oxidation state of the sulfur in H2SO4 is greater than the oxidation state of the sulfur in H2SO3.
H2SO4中の硫黄の酸化数は、H2SO3中の硫黄の酸化数より大きい。
Exercise 32問題 32
Explain why the ionization constant, Ka, for HI is larger than the ionization constant for HF.
HIの電離定数Kaが、HFの電離定数より大きい理由を説明しなさい。
Exercise 33問題 33
Gastric juice, the digestive fluid produced in the stomach, contains hydrochloric acid, HCl. Milk of Magnesia, a suspension of solid Mg(OH)2 in an aqueous medium, is sometimes used to neutralize excess stomach acid. Write a complete balanced equation for the neutralization reaction, and identify the conjugate acid-base pairs.
英語のヒント
胃で作られる消化液である胃液には、塩酸HClが含まれる。マグネシア乳は固体Mg(OH)2を水中に分散させた懸濁液で、過剰な胃酸を中和するために使われることがある。この中和反応の係数を合わせた完全な反応式を書き、共役酸塩基対を特定しなさい。
Solution解き方
Exercise 34問題 34
Nitric acid reacts with insoluble copper(II) oxide to form soluble copper(II) nitrate, Cu(NO3)2, a compound that has been used to prevent the growth of algae in swimming pools. Write the balanced chemical equation for the reaction of an aqueous solution of HNO3 with CuO.
英語のヒント
硝酸は、不溶性の酸化銅(II)と反応して、可溶性の硝酸銅(II) Cu(NO3)2を生じる。この化合物は、プールで藻類の繁殖を防ぐために使われてきた。HNO3水溶液とCuOとの反応について、係数を合わせた化学反応式を書きなさい。
Exercise 35問題 35
What is the ionization constant at 25 °C for the weak acid the conjugate acid of the weak base CH3NH2, Kb = 4.4 10−4.
弱酸の25 °Cでの電離定数はいくらか。これは弱塩基CH3NH2(Kb = 4.4 10−4)の共役酸である。
Solution解き方
Exercise 36問題 36
What is the ionization constant at 25 °C for the weak acid the conjugate acid of the weak base (CH3)2NH, Kb = 5.9 10−4?
弱酸の25 °Cでの電離定数はいくらか。これは弱塩基(CH3)2NH(Kb = 5.9 10−4)の共役酸である。
Exercise 37問題 37
Which base, CH3NH2 or (CH3)2NH, is the stronger base? Which conjugate acid, or , is the stronger acid?
CH3NH2と(CH3)2NHでは、どちらが強い塩基か。共役酸とでは、どちらが強い酸か。
Solution解き方
The stronger base or stronger acid is the one with the larger Kb or Ka, respectively. In these two examples, they are (CH3)2NH and
強い塩基はKbが大きいもの、強い酸はKaが大きいものである。この二つの例では、それぞれ(CH3)2NHとである。
Exercise 38問題 38
Which is the stronger acid, or HBrO?
とHBrOでは、どちらが強い酸か。
Exercise 39問題 39
Which is the stronger base, (CH3)3N or
(CH3)3Nとでは、どちらが強い塩基か。
Solution解き方
triethylamine
トリエチルアミン
Exercise 40問題 40
Predict which acid in each of the following pairs is the stronger and explain your reasoning for each.
次の各対で、どちらの酸が強いかを予測し、それぞれ理由を説明しなさい。
(a) H2O or HF
(a) H2O または HF
(b) B(OH)3 or Al(OH)3
(b) B(OH)3 または Al(OH)3
(c) or
(c) または
(d) NH3 or H2S
(d) NH3 または H2S
(e) H2O or H2Te
(e) H2O または H2Te
Exercise 41問題 41
Predict which compound in each of the following pairs of compounds is more acidic and explain your reasoning for each.
次の各化合物の対で、どちらの酸性が強いかを予測し、それぞれ理由を説明しなさい。
(a) or
(a) または
(b) NH3 or H2O
(b) NH3 または H2O
(c) PH3 or HI
(c) PH3 または HI
(d) NH3 or PH3
(d) NH3 または PH3
(e) H2S or HBr
(e) H2S または HBr
Solution解き方
(a) higher electronegativity of the central ion. (b) H2O; NH3 is a base and water is neutral, or decide on the basis of Ka values. (c) HI; PH3 is weaker than HCl; HCl is weaker than HI. Thus, PH3 is weaker than HI. (d) PH3; in binary compounds of hydrogen with nonmetals, the acidity increases for the element lower in a group. (e) HBr; in a period, the acidity increases from left to right; in a group, it increases from top to bottom. Br is to the left and below S, so HBr is the stronger acid.
(a) 。中心イオンの電気陰性度が高いため。(b) H2O。NH3は塩基で、水は中性である。あるいはKaの値に基づいて判断する。(c) HI。PH3はHClより弱く、HClはHIより弱い。したがってPH3はHIより弱い。(d) PH3。水素と非金属の二元化合物では、同じ族の下にある元素ほど酸性が強くなる。(e) HBr。同じ周期では左から右へ、同じ族では上から下へ酸性が強くなる。BrはSの左下にあるため、HBrのほうが強い酸である。
Exercise 42問題 42
Rank the compounds in each of the following groups in order of increasing acidity or basicity, as indicated, and explain the order you assign.
英語のヒント
次の各組の化合物を、指定された酸性または塩基性が強くなる順に並べ、その順序にした理由を説明しなさい。
(a) acidity: HCl, HBr, HI
(a) 酸性:HCl、HBr、HI
(b) basicity: H2O, OH−, H−, Cl−
(b) 塩基性:H2O、OH−、H−、Cl−
(c) basicity: Mg(OH)2, Si(OH)4, ClO3(OH) (Hint: Formula could also be written as HClO4.)
(c) 塩基性:Mg(OH)2、Si(OH)4、ClO3(OH)(ヒント:最後の化学式はHClO4とも書ける。)
(d) acidity: HF, H2O, NH3, CH4
(d) 酸性:HF、H2O、NH3、CH4
Exercise 43問題 43
Rank the compounds in each of the following groups in order of increasing acidity or basicity, as indicated, and explain the order you assign.
英語のヒント
次の各組の化合物を、指定された酸性または塩基性が強くなる順に並べ、その順序にした理由を説明しなさい。
(a) acidity: NaHSO3, NaHSeO3, NaHSO4
(a) 酸性:NaHSO3、NaHSeO3、NaHSO4
(b) basicity:
(b) 塩基性:、、
(c) acidity: HOCl, HOBr, HOI
(c) 酸性:HOCl、HOBr、HOI
(d) acidity: HOCl, HOClO, HOClO2, HOClO3
(d) 酸性:HOCl、HOClO、HOClO2、HOClO3
(e) basicity: HS−, HTe−,
(e) 塩基性:、HS−、HTe−、
(f) basicity: BrO−,
(f) 塩基性:BrO−、、、
Solution解き方
(a) NaHSeO3 < NaHSO3 < NaHSO4; in polyoxy acids, the more electronegative central element—S, in this case—forms the stronger acid. The larger number of oxygen atoms on the central atom (giving it a higher oxidation state) also creates a greater release of hydrogen atoms, resulting in a stronger acid. As a salt, the acidity increases in the same manner. (b) the basicity of the anions in a series of acids will be the opposite of the acidity in their oxyacids. The acidity increases as the electronegativity of the central atom increases. Cl is more electronegative than Br, and I is the least electronegative of the three. (c) HOI < HOBr < HOCl; in a series of the same form of oxyacids, the acidity increases as the electronegativity of the central atom increases. Cl is more electronegative than Br, and I is the least electronegative of the three. (d) HOCl < HOClO < HOClO2 < HOClO3; in a series of oxyacids of the same central element, the acidity increases as the number of oxygen atoms increases (or as the oxidation state of the central atom increases). (e) and are anions of weak bases, so they act as strong bases toward H+. and HS− are anions of weak acids, so they have less basic character. In a periodic group, the more electronegative element has the more basic anion. (f) with a larger number of oxygen atoms (that is, as the oxidation state of the central ion increases), the corresponding acid becomes more acidic and the anion consequently less basic.
(a) NaHSeO3 < NaHSO3 < NaHSO4。複数の酸素を持つオキソ酸では、電気陰性度の高い中心元素(この場合はS)のほうが強い酸を作る。中心原子に結合する酸素原子の数が多いこと(酸化数が高いこと)も水素原子の放出を増し、酸を強くする。塩の場合も、酸性は同じように強くなる。(b) 。一連の酸の陰イオンの塩基性は、そのオキソ酸の酸性と逆になる。中心原子の電気陰性度が増すほど、酸性は強くなる。ClはBrより電気陰性度が高く、Iは3種類の中で最も低い。(c) HOI < HOBr < HOCl。同じ形の一連のオキソ酸では、中心原子の電気陰性度が増すほど酸性が強くなる。ClはBrより電気陰性度が高く、Iは3種類の中で最も低い。(d) HOCl < HOClO < HOClO2 < HOClO3。中心元素が同じ一連のオキソ酸では、酸素原子の数が増すほど(または中心原子の酸化数が増すほど)、酸性が強くなる。(e) 。とは弱塩基の陰イオンなので、H+に対して強塩基として働く。とHS−は弱酸の陰イオンなので、塩基性はそれより弱い。周期表の同じ族では、電気陰性度の高い元素の陰イオンほど塩基性が強い。(f) 。酸素原子の数が多くなると(すなわち中心イオンの酸化数が増すと)、対応する酸の酸性が強くなるため、陰イオンの塩基性は弱くなる。
Exercise 44問題 44
Both HF and HCN ionize in water to a limited extent. Which of the conjugate bases, F− or CN−, is the stronger base?
HFもHCNも、水中で一部だけが電離する。共役塩基F−とCN−では、どちらが強い塩基か。
Exercise 45問題 45
The active ingredient formed by aspirin in the body is salicylic acid, C6H4OH(CO2H). The carboxyl group (−CO2H) acts as a weak acid. The phenol group (an OH group bonded to an aromatic ring) also acts as an acid but a much weaker acid. List, in order of descending concentration, all of the ionic and molecular species present in a 0.001-M aqueous solution of C6H4OH(CO2H).
英語のヒント
体内でアスピリンから生じる有効成分は、サリチル酸C6H4OH(CO2H)である。カルボキシ基(−CO2H)は弱酸として働く。フェノール基(芳香環に結合したOH基)も酸として働くが、はるかに弱い酸である。0.001 MのC6H4OH(CO2H)水溶液中に存在するイオンと分子の化学種をすべて、濃度の高い順に挙げなさい。
Solution解き方
Exercise 46問題 46
Are the concentrations of hydronium ion and hydroxide ion in a solution of an acid or a base in water directly proportional or inversely proportional? Explain your answer.
酸または塩基の水溶液中のオキソニウムイオン濃度と水酸化物イオン濃度は、正比例するか、反比例するか。理由も説明しなさい。
Exercise 47問題 47
What two common assumptions can simplify calculation of equilibrium concentrations in a solution of a weak acid or base?
弱酸または弱塩基の溶液中の平衡濃度の計算を簡単にできる、一般的な二つの仮定は何か。
Solution解き方
1. Assume that the change in initial concentration of the acid as the equilibrium is established can be neglected, so this concentration can be assumed constant and equal to the initial value of the total acid concentration. 2. Assume we can neglect the contribution of water to the equilibrium concentration of H3O+.
1. 平衡が成立するまでの酸の初濃度からの変化を無視できると仮定する。したがって、その濃度は一定で、酸の全濃度の初期値に等しいとみなせる。2. H3O+の平衡濃度に対する水の寄与を無視できると仮定する。
Exercise 48問題 48
Which of the following will increase the percent of NH3 that is converted to the ammonium ion in water?
次のうち、水中でNH3がアンモニウムイオンに変わる割合を増やすのはどれか。
(a) addition of NaOH
(a) NaOHの添加
(b) addition of HCl
(b) HClの添加
(c) addition of NH4Cl
(c) NH4Clの添加
Solution解き方
(b) The addition of HCl
(b) HClの添加
Exercise 49問題 49
Which of the following will increase the percentage of HF that is converted to the fluoride ion in water?
次のうち、水中でHFがフッ化物イオンに変わる割合を増やすのはどれか。
(a) addition of NaOH
(a) NaOHの添加
(b) addition of HCl
(b) HClの添加
(c) addition of NaF
(c) NaFの添加
Exercise 50問題 50
What is the effect on the concentrations of HNO2, and OH− when the following are added to a solution of KNO2 in water:
KNO2水溶液に次の物質を加えると、、HNO2、OH−の濃度はどう変化するか。
(a) HCl
(a) HCl
(b) HNO2
(b) HNO2
(c) NaOH
(c) NaOH
(d) NaCl
(d) NaCl
(e) KNO2
(e) KNO2
Solution解き方
(a) Adding HCl will add H3O+ ions, which will then react with the OH− ions, lowering their concentration. The equilibrium will shift to the right, increasing the concentration of HNO2, and decreasing the concentration of ions. (b) Adding HNO2 increases the concentration of HNO2 and shifts the equilibrium to the left, increasing the concentration of ions and decreasing the concentration of OH− ions. (c) Adding NaOH adds OH− ions, which shifts the equilibrium to the left, increasing the concentration of ions and decreasing the concentrations of HNO2. (d) Adding NaCl has no effect on the concentrations of the ions. (e) Adding KNO2 adds ions and shifts the equilibrium to the right, increasing the HNO2 and OH− ion concentrations.
(a) HClを加えるとH3O+イオンが増え、OH−イオンと反応してその濃度を下げる。平衡は右に移動し、HNO2の濃度が増え、イオンの濃度が減る。(b) HNO2を加えるとHNO2の濃度が増え、平衡が左に移動するため、イオンの濃度が増え、OH−イオンの濃度が減る。(c) NaOHを加えるとOH−イオンが増え、平衡が左に移動するため、イオンの濃度が増え、HNO2の濃度が減る。(d) NaClを加えても、イオン濃度には影響しない。(e) KNO2を加えるとイオンが増え、平衡が右に移動し、HNO2とOH−イオンの濃度が増える。
Exercise 51問題 51
What is the effect on the concentration of hydrofluoric acid, hydronium ion, and fluoride ion when the following are added to separate solutions of hydrofluoric acid?
別々のフッ化水素酸水溶液に次の各物質を加えると、フッ化水素酸、オキソニウムイオン、フッ化物イオンの濃度にどのような影響があるか。
(a) HCl
(a) HCl
(b) KF
(b) KF
(c) NaCl
(c) NaCl
(d) KOH
(d) KOH
(e) HF
(e) HF
Exercise 52問題 52
Why is the hydronium ion concentration in a solution that is 0.10 M in HCl and 0.10 M in HCOOH determined by the concentration of HCl?
HClが0.10 M、HCOOHが0.10 M含まれる溶液で、オキソニウムイオン濃度がHClの濃度によって決まるのはなぜか。
Solution解き方
This is a case in which the solution contains a mixture of acids of different ionization strengths. In solution, the HCO2H exists primarily as HCO2H molecules because the ionization of the weak acid is suppressed by the strong acid. Therefore, the HCO2H contributes a negligible amount of hydronium ions to the solution. The stronger acid, HCl, is the dominant producer of hydronium ions because it is completely ionized. In such a solution, the stronger acid determines the concentration of hydronium ions, and the ionization of the weaker acid is fixed by the [H3O+] produced by the stronger acid.
英語のヒント
これは、電離の強さが異なる酸の混合物を含む溶液の場合である。弱酸の電離は強酸によって抑えられるため、HCO2Hは溶液中で主にHCO2H分子として存在する。したがって、HCO2Hが溶液に供給するオキソニウムイオンの量は無視できるほど小さい。強い酸であるHClは完全に電離するため、オキソニウムイオンの主な供給源となる。このような溶液では、強い酸がオキソニウムイオン濃度を決め、弱い酸の電離は、強い酸が生じる[H3O+]によって定まる。
Exercise 53問題 53
From the equilibrium concentrations given, calculate Ka for each of the weak acids and Kb for each of the weak bases.
与えられた平衡濃度から、各弱酸のKaと各弱塩基のKbを計算しなさい。
(a) CH3CO2H: = 1.34 10−3 M;
= 1.34 10−3 M;
= 1.34 10−3 M;
(a) CH3CO2H: = 1.34 10−3 M; = 1.34 10−3 M;
[CH3CO2H] = 9.866 10−2 M;
[CH3CO2H] = 9.866 10−2 M;
(b) ClO−: [OH−] = 4.0 10−4 M;
(b) ClO−: [OH−] = 4.0 10−4 M;
[HClO] = 2.38 10−4 M;
[HClO] = 2.38 10−4 M;
[ClO−] = 0.273 M;
[ClO−] = 0.273 M;
(c) HCO2H: [HCO2H] = 0.524 M;
= 9.8 10−3 M;
= 9.8 10−3 M;
= 9.8 10−3 M;
= 9.8 10−3 M;
(c) HCO2H: [HCO2H] = 0.524 M; = 9.8 10−3 M; = 9.8 10−3 M;
(d) = 0.233 M;
(d) = 0.233 M;
[C6H5NH2] = 2.3 10−3 M;
= 2.3 10−3 M
= 2.3 10−3 M
[C6H5NH2] = 2.3 10−3 M; = 2.3 10−3 M
Exercise 54問題 54
From the equilibrium concentrations given, calculate Ka for each of the weak acids and Kb for each of the weak bases.
与えられた平衡濃度から、各弱酸のKaと各弱塩基のKbを計算しなさい。
(a) NH3: [OH−] = 3.1 10−3 M;
= 3.1 10−3 M;
= 3.1 10−3 M;
(a) NH3: [OH−] = 3.1 10−3 M; = 3.1 10−3 M;
[NH3] = 0.533 M;
[NH3] = 0.533 M;
(b) HNO2: = 0.011 M;
= 0.0438 M;
= 0.0438 M;
(b) HNO2: = 0.011 M; = 0.0438 M;
[HNO2] = 1.07 M;
[HNO2] = 1.07 M;
(c) (CH3)3N: [(CH3)3N] = 0.25 M;
[(CH3)3NH+] = 4.3 10−3 M;
[(CH3)3NH+] = 4.3 10−3 M;
(c) (CH3)3N: [(CH3)3N] = 0.25 M; [(CH3)3NH+] = 4.3 10−3 M;
[OH−] = 3.7 10−3 M;
[OH−] = 3.7 10−3 M;
(d) = 0.100 M;
(d) = 0.100 M;
[NH3] = 7.5 10−6 M;
[H3O+] = 7.5 10−6 M
[H3O+] = 7.5 10−6 M
[NH3] = 7.5 10−6 M; [H3O+] = 7.5 10−6 M
Solution解き方
(a) (b) (c) (d)
(a) (b) (c) (d)
Exercise 55問題 55
Determine Kb for the nitrite ion, In a 0.10-M solution this base is 0.0015% ionized.
亜硝酸イオンのKbを求めなさい。0.10 M水溶液では、この塩基の0.0015%が電離している。
Exercise 56問題 56
Determine Ka for hydrogen sulfate ion, In a 0.10-M solution the acid is 29% ionized.
硫酸水素イオンのKaを求めなさい。0.10 M水溶液では、この酸の29%が電離している。
Solution解き方
Exercise 57問題 57
Calculate the ionization constant for each of the following acids or bases from the ionization constant of its conjugate base or conjugate acid:
次の各酸または塩基の電離定数を、その共役塩基または共役酸の電離定数から計算しなさい。
(a) F−
(a) F−
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
(f) (as a base)
(f) (塩基として)
Exercise 58問題 58
Calculate the ionization constant for each of the following acids or bases from the ionization constant of its conjugate base or conjugate acid:
次の各酸または塩基の電離定数を、その共役塩基または共役酸の電離定数から計算しなさい。
(a) HTe− (as a base)
(a) HTe−(塩基として)
(b)
(b)
(c) (as a base)
(c) (塩基として)
(d) (as a base)
(d) (塩基として)
(e)
(e)
(f) (as a base)
(f) (塩基として)
Solution解き方
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
Exercise 59問題 59
Using the Ka value of 1.4 10−5, place in the correct location in Figure 14.7.
Kaの値1.4 10−5を使って、図14.7の正しい位置にを配置しなさい。
Exercise 60問題 60
Calculate the concentration of all solute species in each of the following solutions of acids or bases. Assume that the ionization of water can be neglected, and show that the change in the initial concentrations can be neglected.
次の各酸または塩基の溶液中の、すべての溶質化学種の濃度を計算しなさい。水の解離は無視できると仮定し、初濃度からの変化を無視できることを示しなさい。
(a) 0.0092 M HClO, a weak acid
(a) 0.0092 M HClO、弱酸
(b) 0.0784 M C6H5NH2, a weak base
(b) 0.0784 M C6H5NH2、弱塩基
(c) 0.0810 M HCN, a weak acid
(c) 0.0810 M HCN、弱酸
(d) 0.11 M (CH3)3N, a weak base
(d) 0.11 M (CH3)3N、弱塩基
(e) 0.120 M a weak acid, Ka = 1.6 10−7
(e) 0.120 M 、弱酸、Ka = 1.6 10−7
Solution解き方
(a)
Solving for x gives 1.63 10−5 M. This value is less than 5% of 0.0092, so the assumption that it can be neglected is valid. Thus, the concentrations of solute species at equilibrium are:
[H3O+] = [ClO–] = 1.6 10−5 M
[HClO–] = 0.0092 M
[OH−] = 6.1 10−10 M;
(b)
Solving for x gives 5.81 10−6 M. This value is less than 5% of 0.0784, so the assumption that it can be neglected is valid. Thus, the concentrations of solute species at equilibrium are:
= [OH−] = 5.8 10−6 M
[C6H5NH2] = 0.0784 M
[H3O+] = 1.7 10−9 M;
(c)
Solving for x gives 6.30 10−6 M. This value is less than 5% of 0.0810, so the assumption that it can be neglected is valid. Thus, the concentrations of solute species at equilibrium are:
[H3O+] = [CN−] = 6.3 10−6 M
[HCN] = 0.0810 M
[OH−] = 1.6 10−9 M;
(d)
Solving for x gives 2.63 10−3 M. This value is less than 5% of 0.11, so the assumption that it can be neglected is valid. Thus, the concentrations of solute species at equilibrium are:
[(CH3)3NH+] = [OH−] = 2.6 10−3 M
[(CH3)3N] = 0.11 M
[H3O+] = 3.8 10−12 M;
(e)
Solving for x gives 1.39 10−4 M. This value is less than 5% of 0.120, so the assumption that it can be neglected is valid. Thus, the concentrations of solute species at equilibrium are:
[Fe(H2O)5(OH)+] = [H3O+] = 1.4 10−4 M
= 0.120 M
[OH−] = 7.2 10−11 M
Solving for x gives 1.63 10−5 M. This value is less than 5% of 0.0092, so the assumption that it can be neglected is valid. Thus, the concentrations of solute species at equilibrium are:
[H3O+] = [ClO–] = 1.6 10−5 M
[HClO–] = 0.0092 M
[OH−] = 6.1 10−10 M;
(b)
Solving for x gives 5.81 10−6 M. This value is less than 5% of 0.0784, so the assumption that it can be neglected is valid. Thus, the concentrations of solute species at equilibrium are:
= [OH−] = 5.8 10−6 M
[C6H5NH2] = 0.0784 M
[H3O+] = 1.7 10−9 M;
(c)
Solving for x gives 6.30 10−6 M. This value is less than 5% of 0.0810, so the assumption that it can be neglected is valid. Thus, the concentrations of solute species at equilibrium are:
[H3O+] = [CN−] = 6.3 10−6 M
[HCN] = 0.0810 M
[OH−] = 1.6 10−9 M;
(d)
Solving for x gives 2.63 10−3 M. This value is less than 5% of 0.11, so the assumption that it can be neglected is valid. Thus, the concentrations of solute species at equilibrium are:
[(CH3)3NH+] = [OH−] = 2.6 10−3 M
[(CH3)3N] = 0.11 M
[H3O+] = 3.8 10−12 M;
(e)
Solving for x gives 1.39 10−4 M. This value is less than 5% of 0.120, so the assumption that it can be neglected is valid. Thus, the concentrations of solute species at equilibrium are:
[Fe(H2O)5(OH)+] = [H3O+] = 1.4 10−4 M
= 0.120 M
[OH−] = 7.2 10−11 M
(a) 。xについて解くと1.63 10−5 Mとなる。この値は0.0092の5%未満なので、無視できるという仮定は妥当である。したがって、平衡時の溶質化学種の濃度は、[H3O+] = [ClO–] = 1.6 10−5 M、[HClO–] = 0.0092 M、[OH−] = 6.1 10−10 M。(b) 。xについて解くと5.81 10−6 Mとなる。この値は0.0784の5%未満なので、無視できるという仮定は妥当である。したがって、平衡時の溶質化学種の濃度は、 = [OH−] = 5.8 10−6 M、[C6H5NH2] = 0.0784 M、[H3O+] = 1.7 10−9 M。(c) 。xについて解くと6.30 10−6 Mとなる。この値は0.0810の5%未満なので、無視できるという仮定は妥当である。したがって、平衡時の溶質化学種の濃度は、[H3O+] = [CN−] = 6.3 10−6 M、[HCN] = 0.0810 M、[OH−] = 1.6 10−9 M。(d) 。xについて解くと2.63 10−3 Mとなる。この値は0.11の5%未満なので、無視できるという仮定は妥当である。したがって、平衡時の溶質化学種の濃度は、[(CH3)3NH+] = [OH−] = 2.6 10−3 M、[(CH3)3N] = 0.11 M、[H3O+] = 3.8 10−12 M。(e) 。xについて解くと1.39 10−4 Mとなる。この値は0.120の5%未満なので、無視できるという仮定は妥当である。したがって、平衡時の溶質化学種の濃度は、[Fe(H2O)5(OH)+] = [H3O+] = 1.4 10−4 M、 = 0.120 M、[OH−] = 7.2 10−11 M。
Exercise 61問題 61
Propionic acid, C2H5CO2H (Ka = 1.34 10−5), is used in the manufacture of calcium propionate, a food preservative. What is the pH of a 0.698-M solution of C2H5CO2H?
英語のヒント
プロピオン酸C2H5CO2H(Ka = 1.34 10−5)は、食品保存料であるプロピオン酸カルシウムの製造に使われる。0.698 MのC2H5CO2H水溶液のpHはいくらか。
Exercise 62問題 62
White vinegar is a 5.0% by mass solution of acetic acid in water. If the density of white vinegar is 1.007 g/cm3, what is the pH?
ホワイトビネガーは、酢酸の質量パーセント濃度が5.0%の水溶液である。密度が1.007 g/cm3なら、pHはいくらか。
Solution解き方
pH = 2.41
pH = 2.41
Exercise 63問題 63
The ionization constant of lactic acid, CH3CH(OH)CO2H, an acid found in the blood after strenuous exercise, is 1.36 10−4. If 20.0 g of lactic acid is used to make a solution with a volume of 1.00 L, what is the concentration of hydronium ion in the solution?
英語のヒント
激しい運動の後に血液中で見られる乳酸CH3CH(OH)CO2Hの電離定数は、1.36 10−4である。20.0 gの乳酸を用いて体積1.00 Lの溶液を作ると、その溶液のオキソニウムイオン濃度はいくらか。
Exercise 64問題 64
Nicotine, C10H14N2, is a base that will accept two protons (Kb1 = 7 10−7, Kb2 = 1.4 10−11). What is the concentration of each species present in a 0.050-M solution of nicotine?
ニコチンC10H14N2は、二つのプロトンを受け取る塩基である(Kb1 = 7 10−7、Kb2 = 1.4 10−11)。0.050 Mニコチン水溶液中に存在する各化学種の濃度はいくらか。
Solution解き方
[C10H14N2] = 0.049 M; [C10H14N2H+] = 1.9 10−4 M; = 1.4 10−11 M; [OH−] = 1.9 10−4 M; [H3O+] = 5.3 10−11 M
[C10H14N2] = 0.049 M; [C10H14N2H+] = 1.9 10−4 M; = 1.4 10−11 M; [OH−] = 1.9 10−4 M; [H3O+] = 5.3 10−11 M
Exercise 65問題 65
The pH of a 0.23-M solution of HF is 1.92. Determine Ka for HF from these data.
0.23 M HF水溶液のpHは1.92である。このデータからHFのKaを求めなさい。
Exercise 66問題 66
The pH of a 0.15-M solution of is 1.43. Determine Ka for from these data.
0.15 Mの水溶液のpHは1.43である。このデータからのKaを求めなさい。
Solution解き方
Exercise 67問題 67
The pH of a 0.10-M solution of caffeine is 11.70. Determine Kb for caffeine from these data:
0.10 Mカフェイン水溶液のpHは11.70である。このデータからカフェインのKbを求めなさい。
Exercise 68問題 68
The pH of a solution of household ammonia, a 0.950 M solution of NH3, is 11.612. Determine Kb for NH3 from these data.
家庭用アンモニア水、すなわち0.950 MのNH3,水溶液のpHは11.612である。このデータからNH3のKbを求めなさい。
Solution解き方
acid ionization constant (Ka)
酸の電離定数(Ka)
equilibrium constant for an acid ionization reaction
酸の電離反応の平衡定数
base ionization constant (Kb)
塩基の電離定数(Kb)
equilibrium constant for a base ionization reaction
塩基の電離反応の平衡定数
leveling effect
水平化効果
observation that acid-base strength of solutes in a given solvent is limited to that of the solvent’s characteristic acid and base species (in water, hydronium and hydroxide ions, respectively)
ある溶媒中の溶質の酸や塩基としての強さが、その溶媒に特徴的な酸と塩基の化学種(水ではそれぞれオキソニウムイオンと水酸化物イオン)の強さを超えないという現象
oxyacid
オキソ酸
ternary compound with acidic properties, molecules of which contain a central nonmetallic atom bonded to one or more O atoms, at least one of which is bonded to an ionizable H atom
酸性を示す三元化合物。分子は中心の非金属原子とそれに結合する一つ以上のO原子を含み、そのO原子の少なくとも一つには電離できるH原子が結合している
percent ionization
電離率
ratio of the concentration of ionized acid to initial acid concentration expressed as a percentage
酸の初濃度に対する、電離した酸の濃度の比を百分率で表したもの