高校化学
Unit 10
電離平衡
弱酸の水溶液のpHはどう計算する？電離定数から緩衝液・溶解度積まで、電離平衡を総整理しよう。
🧪 Ka・Kb📊 pH計算⚗️ 緩衝液・Ksp
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弱酸・弱塩基の電離定数とpH計算
弱酸（酢酸 CH₃COOH など）は水溶液中で一部だけ電離する。電離平衡の平衡定数を酸の電離定数 Ka、塩基の場合をKb という。これを用いて水溶液の [H⁺] や pH を計算できる。
📐 弱酸の電離平衡とpH計算
| ステップ | 内容・式 |
|---|---|
| 電離式 | HA ⇌ H⁺ + A⁻（HA：弱酸） |
| 電離定数 Ka | Ka = [H⁺][A⁻] / [HA] |
| [H⁺] の近似計算 | 弱酸の電離度 α が小さい場合：[H⁺] = √(Ka × C)（C：初濃度） |
| pH | pH = −log₁₀[H⁺] |
| 酢酸の Ka | Ka ≈ 1.8 × 10⁻⁵ mol/L（25°C） |
🧮 塩の水溶液のpH
| 塩の種類 | 水溶液の性質 | 例 |
|---|---|---|
| 強酸 + 強塩基 | 中性（pH = 7） | NaCl, KNO₃ |
| 弱酸 + 強塩基 | 塩基性（pH > 7）加水分解でOH⁻生成 | CH₃COONa, Na₂CO₃ |
| 強酸 + 弱塩基 | 酸性（pH < 7）加水分解でH⁺生成 | NH₄Cl, CuSO₄ |
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緩衝液と溶解度積
緩衝液は少量の酸や塩基を加えてもpHがほとんど変化しない溶液。弱酸とその塩（例：CH₃COOH と CH₃COONa）の混合液が代表例。溶解度積 Ksp は難溶性塩の溶解平衡における平衡定数で、沈殿生成の条件を判断するのに使う。
図2：緩衝液のしくみ。弱酸の共役塩基（CH₃COO⁻）が酸を吸収し、弱酸（CH₃COOH）が塩基を吸収する。
⚗️ 溶解度積 Ksp
| 難溶性塩 | 溶解平衡 | Ksp の式 |
|---|---|---|
| AgCl | AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) | Ksp = [Ag⁺][Cl⁻] ≈ 1.8 × 10⁻¹⁰ |
| BaSO₄ | BaSO₄(s) ⇌ Ba²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) | Ksp = [Ba²⁺][SO₄²⁻] ≈ 1.1 × 10⁻¹⁰ |
| Ag₂CrO₄ | Ag₂CrO₄(s) ⇌ 2Ag⁺(aq) + CrO₄²⁻(aq) | Ksp = [Ag⁺]²[CrO₄²⁻] ≈ 1.1 × 10⁻¹² |
イオン積 Q が Ksp より大きいとき沈殿が生じ、Q < Ksp のとき沈殿は溶解する。
✅ この単元のまとめ
- 弱酸の電離定数：Ka = [H⁺][A⁻] / [HA]；[H⁺] ≈ √(Ka×C)
- 弱塩基の電離定数：Kb = [BH⁺][OH⁻] / [B]；Ka × Kb = Kw = 10⁻¹⁴
- 塩の加水分解：弱酸塩 → 塩基性；弱塩基塩 → 酸性；強酸・強塩基塩 → 中性
- 緩衝液：弱酸 + その塩（共役塩基）の混合液；少量の酸塩基でpHがほぼ一定
- ヘンダーソン式：pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
- 溶解度積 Ksp：難溶性塩の平衡定数。イオン積 Q > Ksp で沈殿生成
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