ひたすら受験問題を解説していくブログ
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京都大学2013年化学第2問a
kyodai_2013_chem_2q_1.png
kyodai_2013_chem_2q_2.png
算数な問題です。式をいじっていくだけなので、難しいわけではないのですが、公式丸暗記型の人は面を食らうと思います。ただし、問3は緩衝液の性質を丸暗記ではなく、ちゃんと式から考えると難易度はかなり高いです(例えば酸を加えたときにHA-+H+→H2Aがほとんど寄与しないことを根拠ありで解答できる受験生は少ないと思います)。

問1

平衡定数から”目的の濃度=”の形にするだけです。
kyodai_2013_chem_2a_1.png


平衡定数から”目的の濃度=”の形にするだけです。使えない濃度が出てくるため、アの結果で消してやります。
kyodai_2013_chem_2a_2.png


代入して解くだけです。
kyodai_2013_chem_2a_3.png

問2 あ:5.4×102 い:2.9×102
これも代入するだけです。pH=4なので[H+]=10-4です。
kyodai_2013_chem_2a_4.png

問3
まず、pH4付近では[HA-]も[A2-]も多く存在しているため、酸を加えた場合には、A2-+H+→HA-として追加したH+が消費され、塩基を加えた場合にはHA-+OH-→A2-+H2OとしてH+を供給して塩基を中和する反応が進む。そのため、溶液中の水素イオン濃度の変化は小さくなるから。

【参考】
もう少しちゃんと考えれば、各イオンの濃度を[H+]の関数として与え、pH=-log10[H+]について微分してやれば、pHの変化量と、各イオン濃度の変化量の比が求まるので、少しのpH変化に必要な酸や塩基の量が考察できます。微分をもとめてpH=4を代入してやります(ln10≒2.303)。
kyodai_2013_chem_2a_15.png
となるため、pHが1変化するためには0.04mol/LのHA-とA2-の濃度変化が必要であり、両者の微分が正負逆で等しい(つまりH2Aはほとんど関係なし)ことから、酸を加える(pHは減少)と、A2-+H+→HA-が進み。塩基を加えるとHA-+OH-→A2-+H2Oが進むことがわかります。
なお、水素イオン濃度で微分した場合、水素イオン濃度の変化に比べてかなり多い量の塩基が必要なことと、どの反応が主として起こるかはわかりますが、対数をとる前のものなのでグラフの概形までの考察しにくいです。
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テーマ:大学受験 - ジャンル:学校・教育

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