酸と塩基（定義・価数・電離度・pH） ── 問題
基礎
- 次の物質の分類として正しいものはどれですか。 硫酸 H₂SO₄ （ア 1 価の強酸 イ 3 価の弱酸 ウ 1 価の弱酸 エ 2 価の強酸）
- pH 6 の水溶液の水素イオン濃度 [H⁺] は 1.0 × 10⁻ⁿ mol/L と表せる。n はいくらですか。
- 反応 NH₃ ＋ H₂O → NH₄⁺ ＋ OH⁻ において、ブレンステッド・ローリーの定義で酸としてはたらいているものはどれですか。 （ア NH₃ イ NH₄⁺ と OH⁻ の両方 ウ H₂O（H⁺ を NH₃ に与えた） エ 酸はない）
- 酸の強弱を決めるものはどれですか。 （ア 濃度 イ 分子量 ウ 価数 エ 電離度）
標準
- 1.0 × 10⁻¹ mol/L の水酸化ナトリウム（NaOH）水溶液の pH はいくらですか。強酸・強塩基は完全に電離するものとし、水のイオン積を 1.0 × 10⁻¹⁴ (mol/L)² とする。
- 5.0 × 10⁻⁷ mol/L の水酸化バリウム（Ba(OH)₂）水溶液の pH はいくらですか。完全に電離するものとし、水のイオン積を 1.0 × 10⁻¹⁴ (mol/L)² とする。
- 1.0 × 10⁻¹ mol/L の酢酸水溶液の電離度を 1.0 × 10⁻¹ とすると、この水溶液の pH はいくらですか。
- pH 14 の水溶液の水酸化物イオン濃度 [OH⁻] は 1.0 × 10⁻ⁿ mol/L と表せる。n はいくらですか。水のイオン積を 1.0 × 10⁻¹⁴ (mol/L)² とする。
- 水のイオン積について正しいものはどれですか（25 ℃）。 （ア 酸や塩基を含まない純水でのみ成り立つ イ [H⁺] ＋ [OH⁻] ＝ 1.0 × 10⁻¹⁴ ウ 酸性の水溶液では値が大きくなる エ [H⁺][OH⁻] がどの水溶液でも一定）
- pH 3 の塩酸を水で 10 倍に薄めたときの pH として正しいものはどれですか。 （ア 約 4 イ 約 7 ウ 約 3（変わらない） エ 約 2）
- 0.10 mol/L の塩酸と 0.10 mol/L の酢酸水溶液の pH を測ると、塩酸は 1.0、酢酸水溶液は約 2.9 だった。この結果から考えられることとして最も適当なものはどれですか。 （ア 酢酸の価数は塩酸の価数より大きい イ 酢酸水溶液の濃度が実際より高かった ウ 酢酸は塩酸より多くの H⁺ を出している エ 酢酸は水溶液中で一部しか電離していない）
- 濃度がどれも 0.10 mol/L の水溶液 A〜D の pH を測った。 A｜1.0 B｜2.9 C｜11.1 D｜13.0 A〜D は塩酸・酢酸・アンモニア水・水酸化ナトリウム水溶液のどれかである。アンモニア水はどれですか。 （ア B イ C ウ A エ D）
発展
- pH 3 の塩酸を水で 1000 倍に薄めると pH はいくらになりますか（薄めても酸性のままとする）。
- pH 2 の塩酸の水素イオン濃度は、pH 3 の塩酸の水素イオン濃度の何倍ですか。
- pH 6 の塩酸を水で 1000 倍に薄めたときの pH として最も適切なものはどれですか。 （ア 約 7 イ 約 0 ウ 約 3 エ 約 9）
- 0.10 mol/L の塩酸と 0.10 mol/L の酢酸を比べたとき正しいものはどれですか。 （ア 中和に必要な NaOH は塩酸のほうが多い イ pH は塩酸が小さく、中和に要る NaOH は同じ ウ 酢酸のほうが [H⁺] が大きく、pH は小さくなる エ 両方とも完全に電離し、pH は 1）
- フェノールフタレインの変色として正しいものはどれですか。 （ア 酸性で赤色、塩基性で黄色 イ 酸性で赤色、塩基性で無色 ウ 酸性で黄色、塩基性で青色 エ 酸性〜中性で無色、塩基性で赤色）
- 0.10 mol/L の塩酸 101 mL と 0.10 mol/L の水酸化ナトリウム水溶液 99 mL を混ぜた。混ぜたあとの水溶液の pH はいくらですか。混ぜたあとの体積はもとの体積の和とする。
- Aさん「pH 3 の塩酸を 100 倍に薄めると pH 5 になるね」 Bさん「じゃあ pH 5 の塩酸を 1000 倍に薄めたら pH 8 だね」。Bさんの考えへの指摘として最も適当なものはどれですか。 （ア 薄めても [H⁺] は変わらないので、pH 5 のままである イ 1000 倍なら pH は 1000 増えるので、pH 1005 になる ウ 1000 倍に薄めると pH は 3 下がり、pH 2 になる エ 酸を水で薄めても塩基性にはならず、pH は 7 に近づく）
酸と塩基（定義・価数・電離度・pH） ── 解答
基礎
- エ 2 価の強酸 強酸：HCl・HNO₃（1 価）・H₂SO₄（2 価）。弱酸：酢酸（1 価）・炭酸・シュウ酸（2 価）・リン酸（3 価）。強塩基：NaOH・KOH（1 価）・Ca(OH)₂・Ba(OH)₂（2 価）。弱塩基：NH₃。答え：2 価の強酸。
- 6 pH ＝ −log₁₀[H⁺] なので [H⁺] ＝ 10⁻ᵖᴴ。n ＝ 6。
- ウ H₂O（H⁺ を NH₃ に与えた） H⁺ を与えるのが酸。H₂O が H⁺ を NH₃ に渡して OH⁻ になった。NH₃ は H⁺ を受け取った塩基。
- エ 電離度 電離度（水溶液中で電離している割合）が 1 に近ければ強酸。濃さ（濃度）や価数とは別。薄い塩酸も強酸、濃い酢酸も弱酸。
標準
- 13 1 価なので [H⁺]（または [OH⁻]）＝ 1.0 × 10⁻¹ mol/L。酸なら pH ＝ 1、塩基なら [H⁺] ＝ 10⁻¹⁴ ÷ 10⁻¹ → pH ＝ 14 − 1。答え：13。
- 8 2 価なので [H⁺]（または [OH⁻]）＝ 2 × 5.0 × 10⁻⁷ ＝ 1.0 × 10⁻⁶ mol/L。酸なら pH ＝ 6、塩基なら pH ＝ 14 − 6。答え：8。
- 2 弱酸の [H⁺] ＝ 濃度 × 電離度 ＝ 10⁻¹ × 10⁻¹ ＝ 1.0 × 10⁻(1＋1) mol/L → pH ＝ 2。
- 0 [H⁺][OH⁻] ＝ 10⁻¹⁴、[H⁺] ＝ 10⁻14 → [OH⁻] ＝ 10⁻(14−14)。n ＝ 0。
- エ [H⁺][OH⁻] がどの水溶液でも一定 [H⁺][OH⁻] ＝ 1.0 × 10⁻¹⁴ (mol/L)²。温度が一定なら、酸性・中性・塩基性のどの水溶液でも積は一定。[H⁺] が増えれば [OH⁻] が減る。
- ア 約 4 [H⁺] が 1/10 → pH は 1 大きくなる。薄めると pH は大きくなる。
- エ 酢酸は水溶液中で一部しか電離していない 濃度が同じなのに pH が大きい（[H⁺] が小さい）のは、酢酸の電離度が小さい（弱酸）から。塩酸はほぼ完全に電離して [H⁺] ＝ 0.10 mol/L。
- イ C 塩基性（pH ＞ 7）は C と D。同じ濃度で pH 13 の D は完全に電離する強塩基（NaOH）、電離度が小さい弱塩基のアンモニア水は pH が 7 に近い C。
発展
- 6 [H⁺] が 1/1000 になるので、pH は 3 大きくなる → 6。
- 10 [H⁺] ＝ 10⁻2 と 10⁻3。比は 10^(3−2) ＝ 10 倍（pH が 1 小さいと [H⁺] は 10 倍）。
- ア 約 7 中性に近づくが 7 をこえない。水自身の [H⁺] ＝ 10⁻⁷ があるので、酸をいくら薄めても塩基性にはならない。
- イ pH は塩酸が小さく、中和に要る NaOH は同じ 電離度が違うので [H⁺] は塩酸 ＞ 酢酸（pH 1 と約 3）。しかし中和では電離していない酢酸も反応するので、必要な塩基の量は同じ（cb-08）。
- エ 酸性〜中性で無色、塩基性で赤色 変色域 8.3〜10.0。メチルオレンジは酸性で赤・塩基性で黄（3.1〜4.4）、BTB は黄・緑・青。
- 3 余る H⁺ は 0.10 × (101 − 99)/1000 mol、全体は 200 mL。[H⁺] ＝ 0.10 × 2 ÷ 200 ＝ 0.001 mol/L なので pH ＝ 3。
- エ 酸を水で薄めても塩基性にはならず、pH は 7 に近づく 酸を薄めて [H⁺] が 10⁻⁷ mol/L に近づくと、水の電離による H⁺ が無視できなくなる。酸を水で薄めても pH は 7 をこえない（7 に近づく）。
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