酸化還元反応と凝固点降下、浸透圧、イオン強度の計算方法

この問題では、化学反応における電気伝導度や物理化学的な変化を計算する方法を学びます。具体的には、凝固点降下、浸透圧の計算、イオン強度を求める方法に焦点を当てています。この記事では、与えられた水溶液に関して、実際の計算手順を解説し、答えを導き出します。

（1）この水溶液の凝固点の計算

凝固点降下は、溶液に溶質を加えることによって、溶液の凝固点が下がる現象です。凝固点降下は以下の式で求められます。

ΔT_f = K_f × m

ここで、ΔT_fは凝固点降下、K_fは溶媒（水）の凝固点降下定数、mは溶質のモル濃度です。

まず、CH3COOHのモル濃度を求めます。電気伝導率Kを用いて、酸の電離度を考慮し、モル濃度を求めます。その後、凝固点降下を計算し、最終的に純水の凝固点0°Cからの変化量を求めます。計算結果は、ΔT_f ≈ -0.0021°Cとなります。

グルコース水溶液の浸透圧が等しいという条件を使って、グルコースのw/v%を計算します。浸透圧の公式は次の通りです。

π = i × M × R × T

ここで、πは浸透圧、iはヴァント・ホッフ因子、Mはモル濃度、Rは気体定数、Tは温度です。

グルコースの浸透圧とCH3COOH水溶液の浸透圧が等しいとき、グルコースのモル濃度を求め、その後w/v％に換算します。計算結果は、グルコースのw/v%濃度が0.0203%となります。

イオン強度は、溶液中のイオンの濃度に基づいて計算されます。イオン強度Iは以下の式で求められます。

I = 1/2 Σ c_i z_i²

ここで、c_iは各イオンの濃度、z_iはそのイオンの電荷数です。

この問題では、CH3COOHとNaClの水溶液を混合した後のイオン強度を計算します。混合後の体積を考慮して、各イオンの濃度を求め、イオン強度を計算します。計算結果は、イオン強度が0.416となります。

この問題では、凝固点降下、浸透圧、イオン強度といった物理化学的な計算を通じて、化学反応の詳細を理解しました。それぞれの計算式を使って、実際の水溶液の変化を求めることで、理論と実際の関連性を深く学ぶことができます。これらの計算方法は、化学や生物学の実験において非常に重要です。