0.10 mol/LのKH₂PO₄水溶液のpHを求める方法

この問題では、0.10 mol/LのKH₂PO₄水溶液のpHを求めるための解答解説を行います。KH₂PO₄は弱酸性のリン酸塩であり、水溶液中で水素イオン（H⁺）を放出します。そのため、pHを求めるにはその酸性度を評価する必要があります。

KH₂PO₄の化学的性質

KH₂PO₄（カリウム二水素リン酸）は、弱酸性のリン酸塩です。この化合物は水に溶けると、H₂PO₄⁻（二水素リン酸イオン）とK⁺（カリウムイオン）に分解されます。H₂PO₄⁻は、さらに水分子と反応して水素イオン（H⁺）を放出します。この反応は以下のように表されます。

H₂PO₄⁻ + H₂O ⇌ H₃O⁺ + HPO₄²⁻

この反応は弱酸の解離反応です。H₂PO₄⁻がH⁺を放出するため、pHを求めるためにはその解離定数（Ka）を使って計算する必要があります。KH₂PO₄の解離定数は以下のように与えられます。

Ka = 6.2 × 10⁻⁸

この値は、二水素リン酸イオンがどれくらい解離するかを示しています。次に、解離反応に基づいて水素イオン濃度（[H⁺]）を求め、その後pHを計算します。

解離反応に基づいて、水素イオン濃度を求めます。まず、二水素リン酸イオンの初濃度を0.10 mol/Lとします。この濃度から、Kaの値を使って水素イオン濃度を計算します。次の式を用います。

Ka = [H⁺][HPO₄²⁻] / [H₂PO₄⁻]

これを解くと、水素イオンの濃度は次のように求められます。

[H⁺] = √(Ka × [H₂PO₄⁻]) = √(6.2 × 10⁻⁸ × 0.10) = 7.87 × 10⁻⁵ mol/L

水素イオン濃度が求まったので、pHを計算します。pHは水素イオン濃度の逆数の常用対数を取ったものです。

pH = -log[H⁺]

これを計算すると、pHは次のようになります。

pH = -log(7.87 × 10⁻⁵) ≈ 4.10

0.10 mol/LのKH₂PO₄水溶液のpHは約4.10です。このようにして、KH₂PO₄が放出する水素イオン濃度を計算し、最終的にpHを求めることができます。解離定数（Ka）を使って酸の強さを評価し、pHを導き出すことができます。