フッ化水素酸のpH計算と解離度の求め方

この課題では、フッ化水素酸（HF）の酸解離定数やpKa値を用いて、溶液のpHを求める問題と、解離度（a）を求める問題を解く方法について解説します。具体的には、フッ化水素酸が水に溶解した際の解離の過程を理解し、必要な計算を行います。

1. pHの計算方法

フッ化水素酸（HF）は弱酸であり、水に溶解して[H+]（水素イオン）と[F-]（フッ化物イオン）を生成します。まず、与えられたデータからpHを計算するために、次の情報を使用します。

フッ化水素酸の解離式は次のようになります。

HF ⇌ H+ + F-

フッ化水素酸が解離する際、解離定数Kaは次の式で表されます。

Ka = [H+][F-] / [HF]

ここで、[HF]はフッ化水素酸の未解離部分の濃度、[H+]と[F-]はそれぞれ水素イオンとフッ化物イオンの濃度です。pKaが与えられているので、Kaを計算することができます。

Ka = 10^-pKa = 10^-2.85 = 1.41 × 10^-3

次に、解離する前と後の濃度変化を考慮して、解離後の水素イオンの濃度[H+]を求めることができます。これにより、pHを計算できます。pHは[H+]の対数を取ったものであり、次の式で計算できます。

pH = -log10([H+])

解離度aは、フッ化水素酸がどれくらい解離したかを示す指標です。解離度aは次の式で表されます。

a = [H+] / CHF

ここで、[H+]は前述のように計算した水素イオンの濃度、CHFはフッ化水素酸の初濃度です。得られた[H+]を用いて、解離度aを計算できます。

また、解離後の[HF]（未解離のフッ化水素酸）の濃度は次のように表されます。

[HF] = CHF - [H+]

このようにして、解離度aとその計算方法を求めることができます。

実際に計算を行ってみましょう。まず、フッ化水素酸のpKa値からKaを求め、次に解離後の水素イオン濃度[H+]を計算します。その後、解離度aを求めます。計算の詳細は以下の手順を踏んで行います。

これにより、フッ化水素酸のpHと解離度を求めることができます。

フッ化水素酸（HF）のpHを計算するためには、酸解離定数Kaや初濃度CHFを利用して、解離後の水素イオン濃度[H+]を求めます。その後、pHを計算し、解離度aを求めることができます。この計算過程をしっかりと理解することで、フッ化水素酸の溶液の性質を把握することができます。