25 ℃において、水0.1 L に一定量の一価の弱電解質の薬物結晶を加えた。pH…
25 ℃において、水0.1 L に一定量の一価の弱電解質の薬物結晶を加えた。pHを変化させて溶解平衡に達したとき、pH 5 からpH 8 における溶液中の薬物の総濃度と分子形薬物濃度がグラフのようになった。以下の記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。ただし、薬物の分子形とイオン形の溶解平衡時の濃度比はHenderson-Hasselbalch の式に従い、薬物の溶解やpH 調整に伴う容積変化は無視できるものとする。
- ⑴ 用いた薬物は1.1 mol である。頭打ちの総濃度約1.1 mol/Lに液量0.1 Lを掛けると、用いた薬物は約0.11 molです。
- ⑵ 薬物は弱酸性化合物である。pHが高くなるほどイオン形が増えて総濃度が増加しているので、弱酸性化合物です。
- ⑶ 薬物のpKa は5 である。グラフの総濃度と分子形濃度の関係から、pKaは5ではなく6と求められます。
- ⑷ pH 7 のとき、薬物の分子形濃度とイオン形濃度の比は1：10 である。pKaが6なので、pH 7ではHenderson-Hasselbalch式から分子形：イオン形＝1：10となります。
- ⑸ pH 8 のとき、薬物の結晶が液中に存在する。pH 8では総濃度が加えた量に相当する値で頭打ちとなり、薬物はすべて溶解していると考えられます。
この問題は問題の図（写真・図・表など）を見て答えます。図はこちらに転載していないため、下の出典のページから公式のPDFをご覧ください。解説だけでも読み取り方が分かるように書いています。
解説
正解は⑵と⑷です。pHが上がるほど薬物の総濃度が増えているので、この薬物はイオン形が増えるほど溶けやすくなる弱酸性化合物です。結晶が残る間は分子形濃度が飽和溶解度S0で一定となり、総濃度はS0（1＋10^(pH－pKa)）で表されます。グラフの読み取りからpKaは6と考えられ、pH 7では分子形とイオン形の比は1：10になります。総濃度が約1.1 mol/Lで頭打ちになることから、加えた薬物は0.1 L中の約0.11 molで、pH 8ではすべて溶けて結晶は残っていないと判断できます。
出典：厚生労働省ホームページ（https://www.mhlw.go.jp/stf/seisakunitsuite/bunya/0000198925.html）を加工して作成