15.11:

塩水溶液のpHの決定

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Determining the pH of Salt Solutions

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04:08 min

September 24, 2020

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、KaKb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+Kaは5.6 × 10−10であり、FKbは1. 6 ×10−11なので、Ka >Kb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?

Eq1

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

Eq2

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Kaの式に代入すると、

Eq3

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

Eq4

Eq5

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。

Eq6

[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Kaは、

Eq7

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、

Eq8

Assuming x << 0.10 となり、簡略化した式を書くと、

Eq9

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。

Eq10

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.