緩衝液に強酸・強塩基を加えたときの pH
着眼点加えた \ce{H+} はそのまま塩の陰イオンと反応して弱酸に変わる。物質量を足し引きしてから、緩衝液の式に入れ直す。
強酸 n mol を加えると
\ce{CH3COO- + H+ -> CH3COOH}酢酸イオンが n mol 減り、酢酸が n mol 増える。強塩基なら逆。そのあと
[\ce{H+}] = K_a \times \frac{n_{\text{acid}}}{n_{\text{salt}}}例題
1
酢酸 0.10 mol と酢酸ナトリウム 0.10 mol を含む水溶液 1.0 L に、塩化水素 0.020 mol を加えた。pH はいくつからいくつに変わるか。体積変化は無視。K_a = 2.0\times10^{-5}\ \mathrm{mol/L}、\log_{10} 2 = 0.30、\log_{10} 3 = 0.48。
解答
加える前: [\ce{H+}] = K_a = 2.0\times10^{-5}、\mathrm{pH} = 5 - 0.30 = 4.7
加えた後: 酢酸 0.12 mol、酢酸イオン 0.08 mol
[\ce{H+}] = 2.0\times10^{-5} \times \frac{0.12}{0.08} = 3.0\times10^{-5} \mathrm{pH} = 5 - 0.48 = 4.52
答え 4.7 から 4.5 に変わる（純水 1.0 L に同じ量を加えると pH 7 → 1.7）
加えた後: 酢酸 0.12 mol、酢酸イオン 0.08 mol
[\ce{H+}] = 2.0\times10^{-5} \times \frac{0.12}{0.08} = 3.0\times10^{-5} \mathrm{pH} = 5 - 0.48 = 4.52
答え 4.7 から 4.5 に変わる（純水 1.0 L に同じ量を加えると pH 7 → 1.7）
確認問題
1
上の緩衝液に、塩化水素ではなく水酸化ナトリウム 0.020 mol を加えると、酢酸と酢酸イオンはそれぞれ何 mol になるか。
答え
酢酸 0.08 mol、酢酸イオン 0.12 mol（[\ce{H+}] は K_a の 2/3 倍になり pH は少し上がる）