塩水溶液のpHの決定

塩の水溶液のpHは、構成要素である陰イオンと陽イオンによって決まります。pH的に中性の陰イオンと、ヒドロニウムイオンを生成する陽イオンを含む塩は、pH7以下の溶液を生成します。例えば、硝酸アンモニウム（NH₄NO₃）溶液では、NO₃⁻イオンは水と反応せず、NH₄⁺イオンはヒドロニウムイオンを生成して酸性溶液となります。例えば、フッ化ナトリウム（NaF）溶液では、Na⁺はpH中性ですが、F^–は水酸化物イオンを生成して塩基性溶液を生成します。強酸または強塩基の対イオンはpH中性であり、そのような対イオンによって形成される塩は、pHが7に等しい中性溶液を生成します。例えば、KBrでは、K⁺陽イオンは加水分解反応に対して不活性のため、pHに影響を与えません。臭化物イオンは、強酸の共役塩基であるため、塩基強度は無視できるほど小さく、溶液は中性となります。

塩の中には、酸性の陽イオンと塩基性の陰イオンの両方を含むものがあります。溶液の全体的な酸性度または塩基性度は、それらの陽イオンと陰イオンの相対的な強さによって決定され、K_aとK_bを用いて比較することができます。例えば、NH₄Fでは、NH₄⁺イオンが酸性で、F⁻イオンが塩基性（弱酸HFの共役塩基）となります。2つの解離定数を比較すると、NH₄⁺のK_aは5.6 × 10⁻¹⁰であり、F⁻のK_bは1. 6 ×10⁻¹¹なので、K_a >K_bなので、この溶液は酸性です。

酸性塩水溶液のpH計算

アニリンは染料の製造に使われるアミンの一種です。アニリンは、弱塩基のアニリンと塩酸を反応させた塩である塩化アニリニウム[C₆H₅NH₃⁺]Clとして単離されます。塩化アニリニウムの0.233 M溶液のpHはいくらでしょうか？

アニリニウムイオンのK_aは、その共役塩基であるアニリンのK_bから導出されます。

Using the provided information, an ICE table for this system is prepared:

	C6H5NH3+ (aq)	H3O+ (aq)	C6H5NH2 (aq)
初期濃度 (M)	0.233	~0	0
濃度変化 (M)	−x	+x	+x
平衡濃度 (M)	0.233 − x	x	x

これらの平衡濃度の項をK_aの式に代入すると、

Assuming x << 0.233, the equation is simplified and solved for x: 

ICE表では、xをヒドロニウムイオンの物質量として定義しているので、pHは次のように計算されます。

[Al(H₂O)₆]³⁺の電離

塩化アルミニウムの0.10 M溶液は、完全に溶解して水和アルミニウムイオン[Al(H₂O)₆]³⁺を生成するため、その溶液のpHを計算します。

反応の式とK_aは、

An ICE table with the provided information is

	Al(H2O)63+ (aq)	H3O+ (aq)	Al(H2O)5(OH)2+ (aq)
初期濃度 (M)	0.10	~0	0
濃度変化 (M)	−x	+x	+x
平衡濃度 (M)	0.10 − x	x	x

これらの平衡濃度の式をイオン化定数の式に代入すると、

Assuming x << 0.10 となり、簡略化した式を書くと、

ICE表では、xがヒドロニウムイオン濃度に等しいと定義されているため、pHは2.92と計算され、溶液は酸性です。

上記の文章は以下から引用しました。 Openstax, Chemistry 2e, Section 14.4: Hydrolysis of Salts.