化学の問題でよく見かけるpHの変化に関連する質問について、今回は特に酸と塩基が反応した後のpHの変化を使って、NaOH水溶液の濃度を求める問題を解説します。この問題では、HNO2（亜硝酸）の水溶液にNaOHを加えた後のpHの変化を基にNaOHの濃度を計算します。
問題の概要
まず、問題に出てきた状況を確認しましょう。濃度2.00 mol/LのHNO2水溶液400 mLに、体積200 mLのNaOH水溶液を加えると、混合溶液のpHが元の酸溶液のpHより1.50大きくなります。このとき、加えたNaOH水溶液の濃度を求める問題です。
pHの変化を利用した問題解決のアプローチ
まず最初に、pHの変化から得られる情報を整理しましょう。pHが1.50大きくなったということは、酸性から中性に近づいていることを示唆しています。これは、HNO2（酸）がNaOH（塩基）と中和反応を起こしていることによるものです。
次に、HNO2の初期のpHを求めるために、酸のpH計算式を使用し、塩基がどれだけ反応したかを考えます。さらに、このpH変化を元にNaOHの濃度を導き出す計算を進めていきます。
中和反応の式と計算方法
HNO2とNaOHの中和反応は以下の式で表されます。
HNO2 + NaOH → NaNO2 + H2O
ここで、HNO2とNaOHのモル比は1:1です。この反応を基に、NaOHのモル数を求め、pHの変化を反映させることによってNaOHの濃度を計算します。
NaOH水溶液の濃度を求めるステップ
1. まず、HNO2水溶液の初期のモル数を計算します。濃度2.00 mol/Lで400 mLの水溶液があるので、HNO2のモル数は
モル数 = 濃度 × 体積 = 2.00 mol/L × 0.400 L = 0.800 mol
2. 次に、NaOHが加わることでpHが1.50大きくなることから、中和反応の進行度を求めます。pH変化を考慮すると、NaOHがHNO2を完全に中和するためには、NaOHのモル数も0.800 molとなります。
3. 最後に、NaOH水溶液の体積が200 mL（0.200 L）であることを考慮して、NaOHの濃度を求めます。
濃度 = モル数 / 体積 = 0.800 mol / 0.200 L = 4.00 mol/L
まとめ
この問題では、酸と塩基の中和反応を用いてNaOH水溶液の濃度を計算しました。pHの変化から反応の進行具合を推測し、最終的にNaOHの濃度が4.00 mol/Lであることが分かりました。化学の問題では、pHの変化を利用して必要な計算を行うことで、塩基や酸の濃度を導き出すことができます。このような問題を解く際は、反応のモル比や物質量を正確に計算することが重要です。
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