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水素イオン指数(pH)

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耳たこ化学基礎の「水素イオン指数(pH)」のページとなります。
[   ] や表の空欄をクリックすると答えが表示されます。
また、ページをリロード(再読み込み)すると再度空欄になるので、何度も繰り返して暗記していきましょう!

 

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水素イオン濃度と水素イオン指数

水のイオン積

水の電離 純粋な水はわずかに [ 用語 ] して、[ イオン ] と [ イオン ] に電離する。
水のイオン積 水素イオンのモル濃度を [ 用語 ] といい \(\rm [H^+]\) で表し、水酸化物イオンのモル濃度を [ 用語 ] をいい \(\rm [OH^-]\) で表す。
また、この積を [ 用語 ] といい$$~~~{\rm [H^+] \times [OH^-]}$$$$~~~~~~~~~~=1.0\times 10^{-14}~[({\rm mol/L})^2]$$が成り立つ。

水素イオン濃度とpH

酸性・塩基性の強弱を数値で表したものを [ 用語 ] ( pH ) という。$$~~~~~~{\rm [H^+]}=1.0 \times 10^{-a}~~→~~{\rm pH}=a$$
液性 pH \(\rm [H^+]\) \(\rm [OH^-]\)
[ 液性 ]

[ 液性 ]

0 \(10^{0}\) \(10^{-14}\)
1 \(10^{-1}\) \(10^{-13}\)
2 \(10^{-2}\) \(10^{-12}\)
3 \(10^{-3}\) \(10^{-11}\)
4 \(10^{-4}\) \(10^{-10}\)
5 \(10^{-5}\) \(10^{-9}\)
6 \(10^{-6}\) \(10^{-8}\)
[ 液性 ] 7 \(10^{-7}\) \(10^{-7}\)
[ 液性 ]

[ 液性 ]

8 \(10^{-8}\) \(10^{-6}\)
9 \(10^{-9}\) \(10^{-5}\)
10 \(10^{-10}\) \(10^{-4}\)
11 \(10^{-11}\) \(10^{-3}\)
12 \(10^{-12}\) \(10^{-2}\)
13 \(10^{-13}\) \(10^{-1}\)
14 \(10^{-14}\) \(10^{0}\)

pHと指示薬

指示薬 変色域
[ 指示薬 ] [ ] 3.1 ~ 4.4 [ ]
[ 指示薬 ] [ ] 4.2 ~ 6.2 [ ]
[ 指示薬 ] [ ] 6.0 ~ 7.6 [ ]
[ 指示薬 ] [ ] 7.8 ~ 10 [ ]

 

水素イオン指数の計算

【問題】pHの計算

Point:酸の水溶液が与えれた場合

水素イオン濃度の求め方は、
 「価数」×「水溶液の濃度」×「電離度」
で求めます。
水素イオン指数(pH)は、
水素イオン濃度を \(10^{-a}\) と式変形すると \({\rm pH}=a\) となります。

Point:塩基の水溶液が与えられた場合

塩基が与えられたときは、水酸化物イオン濃度を、
 「価数」×「水溶液の濃度」×「電離度」
で求めます。
これより水酸化物イオン濃度が \(10^{-b}\) となれば水のイオン積より \({\rm pH}=14-b\) となります。

問題01

次の水溶液の pH を求めよ。
\({\small (1)}\) \(0.1~[~{\rm mol/L}~]\) の塩酸
\({\small (2)}\) \(0.01~[~{\rm mol/L}~]\) の硝酸
\({\small (3)}\) \(0.05~[~{\rm mol/L}~]\) の硫酸
\({\small (4)}\) \(0.02~[~{\rm mol/L}~]\) の酢酸(電離度 \(0.05\))
\({\small (5)}\) \(0.01~[~{\rm mol/L}~]\) の水酸化ナトリウム水溶液
\({\small (6)}\) \(0.05~[~{\rm mol/L}~]\) の水酸化バリウム水溶液
\({\small (7)}\) \(0.01~[~{\rm mol/L}~]\) のアンモニア水(電離度 \(0.01\))

[ 解答と解説を見る ]

\({\small (1)}\) \(0.1~[~{\rm mol/L}]~\) の塩酸
塩酸は強酸で電離度 \(1.0\) であり、分子式が HCl であるので価数は \(1\)
よって、水素イオン濃度 \(\rm [H^+]\) は、$$\hspace{ 10 pt}{\rm [H^+]}=1 \times 0.1 \times 1.0$$$$\hspace{ 32 pt}=\frac{1}{10}$$$$\hspace{ 32 pt}=10^{-1}$$したがって、pHは \(1\) となる。


\({\small (2)}\) \(0.01~[~{\rm mol/L}~]\) の硝酸
硝酸は強酸で電離度 \(1.0\) であり、分子式が HNO3 であるので価数は \(1\)
よって、水素イオン濃度 \(\rm [H^+]\) は、$$\hspace{ 10 pt}{\rm [H^+]}=1 \times 0.01 \times 1.0$$$$\hspace{ 32 pt}=\frac{1}{100}$$$$\hspace{ 32 pt}=10^{-2}$$したがって、pHは \(2\) となる。


\({\small (3)}\) \(0.05~[~{\rm mol/L}~]\) の硫酸
硫酸は強酸で電離度 \(1.0\) であり、分子式が H2SO4 であるので価数は \(2\)
よって、水素イオン濃度 \(\rm [H^+]\) は、$$\hspace{ 10 pt}{\rm [H^+]}=2 \times 0.05 \times 1.0$$$$\hspace{ 32 pt}=2\times \frac{5}{100}$$$$\hspace{ 32 pt}=\frac{10}{100}$$$$\hspace{ 32 pt}=\frac{1}{10}$$$$\hspace{ 32 pt}=10^{-1}$$したがって、pHは \(1\) となる。


\({\small (4)}\) \(0.02~[~{\rm mol/L}~]\) の酢酸(電離度 \(0.05\))
酢酸は弱酸で電離度 \(0.05\) であり、分子式が CH3COOH であるので価数は \(1\)
よって、水素イオン濃度 \(\rm [H^+]\) は、$$\hspace{ 10 pt}{\rm [H^+]}=1 \times 0.02 \times 0.05$$$$\hspace{ 32 pt}=\frac{2}{100}\times \frac{5}{100}$$$$\hspace{ 32 pt}=\frac{10}{10000}$$$$\hspace{ 32 pt}=\frac{1}{1000}$$$$\hspace{ 32 pt}=10^{-3}$$したがって、pHは \(3\) となる。


\({\small (5)}\) \(0.01~[~{\rm mol/L}~]\) の水酸化ナトリウム水溶液
水酸化ナトリウム水溶液は強塩基で電離度 \(1.0\) であり、分子式が NaOH であるので価数は \(1\)
よって、水酸化物イオン濃度 \(\rm [OH^-]\) は、$$\hspace{ 10 pt}{\rm [OH^-]}=1 \times 0.01 \times 1.0$$$$\hspace{ 40 pt}=\frac{1}{100}$$$$\hspace{ 40 pt}=10^{-2}$$これより、pHは \(14-2=12\) となる。


\({\small (6)}\) \(0.05~[~{\rm mol/L}~]\) の水酸化バリウム水溶液
水酸化バリウム水溶液は強塩基で電離度 \(1.0\) であり、分子式が Ba(OH)2 であるので価数は \(2\)
よって、水酸化物イオン濃度 \(\rm [OH^-]\) は、$$\hspace{ 10 pt}{\rm [OH^-]}=2 \times 0.05 \times 1.0$$$$\hspace{ 40 pt}=2\times \frac{5}{100}$$$$\hspace{ 40 pt}=\frac{10}{100}$$$$\hspace{ 40 pt}=\frac{1}{10}$$$$\hspace{ 40 pt}=10^{-1}$$これより、pHは \(14-1=13\) となる。


\({\small (7)}\) \(0.01~[~{\rm mol/L}~]\) のアンモニア水(電離度 \(0.01\))
アンモニア水は弱塩基で電離度 \(0.01\) であり、価数は \(1\)
よって、水酸化物イオン濃度 \(\rm [OH^-]\) は、$$\hspace{ 10 pt}{\rm [OH^-]}=1 \times 0.01 \times 0.01$$$$\hspace{ 40 pt}=\frac{1}{100} \times \frac{1}{100}$$$$\hspace{ 40 pt}=\frac{1}{10000}$$$$\hspace{ 40 pt}=10^{-4}$$これより、pHは \(14-4=10\) となる。

 

【問題】水溶液を薄める

Point:酸性の水溶液を薄める場合

\({\rm pH}=a\) の酸性の水溶液を \(10^{b}\) 倍に薄めた水溶液の pH は、$$~~~{\rm pH}=a+b$$となる。ただし、\({\rm pH}=7\) より大きくなることはない。

Point:塩基性の水溶液を薄める場合

\({\rm pH}=a\) の塩基性の水溶液を \(10^{c}\) 倍に薄めた水溶液の pH は、$$~~~{\rm pH}=a-c$$となる。ただし、\({\rm pH}=7\) より小さくなることはない。

問題02

次の水溶液の pH を求めよ。
\({\small (1)}\) \({\rm pH}=1\) の酸性の水溶液を \(10\) 倍に薄めた水溶液
\({\small (2)}\) \({\rm pH}=2\) の酸性の水溶液を \(100\) 倍に薄めた水溶液
\({\small (3)}\) \({\rm pH}=5\) の酸性の水溶液を \(1000\) 倍に薄めた水溶液
\({\small (4)}\) \({\rm pH}=10\) の塩基性の水溶液を \(100\) 倍に薄めた水溶液
\({\small (5)}\) \({\rm pH}=8\) の塩基性の水溶液を \(100\) 倍に薄めた水溶液

[ 解答と解説を見る ]

\({\small (1)}\) \({\rm pH}=1\) の酸性の水溶液を \(10\) 倍に薄めた水溶液
\(10\) 倍に薄めたので、\(10=10^1\) より、$$~~~{\rm pH}=1+1=2$$よって、pHは \(2\) となる。


\({\small (2)}\) \({\rm pH}=2\) の酸性の水溶液を \(100\) 倍に薄めた水溶液
\(100\) 倍に薄めたので、\(10=10^2\) より、$$~~~{\rm pH}=2+2=4$$よって、pHは \(4\) となる。


\({\small (3)}\) \({\rm pH}=5\) の酸性の水溶液を \(1000\) 倍に薄めた水溶液
\(1000\) 倍に薄めたので、\(10=10^3\) より、$$~~~{\rm pH}=5+3=8$$ただし、\({\rm pH}=7\) より大きくなることはないので、pHは \(7\) となる。


\({\small (4)}\) \({\rm pH}=10\) の塩基性の水溶液を \(100\) 倍に薄めた水溶液
\(100\) 倍に薄めたので、\(10=10^2\) より、$$~~~{\rm pH}=10-2=8$$よって、pHは \(8\) となる。


\({\small (5)}\) \({\rm pH}=8\) の塩基性の水溶液を \(100\) 倍に薄めた水溶液
\(100\) 倍に薄めたので、\(10=10^2\) より、$$~~~{\rm pH}=7-2=5$$ただし、\({\rm pH}=7\) より小さくなることはないので、pHは \(7\) となる。

 

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