25 ℃における0.01 mol/L 安息香酸水溶液のpH に最も近い値はどれか…
25 ℃における0.01 mol/L 安息香酸水溶液のpH に最も近い値はどれか。1つ選べ。ただし、安息香酸のpKa = 4.2（25 ℃）とする。
- ⑴ 1.5pH 1.5は0.01 mol/Lの強酸（pH 2）よりもさらに酸性で、弱酸の安息香酸水溶液では到達しません。
- ⑵ 3.0pH = 1/2（pKa − log C）= 1/2（4.2 + 2）= 3.1 となり、最も近い値は3.0です。
- ⑶ 4.5pH 4.5はpKa（4.2）付近で、酸と共役塩基がほぼ等量の緩衝液に近い値です。酸のみの水溶液では低くなります。
- ⑷ 6.0pH 6.0は弱酸性から中性に近く、0.01 mol/Lの安息香酸水溶液のpHとしては高すぎます。
- ⑸ 7.5pH 7.5は弱アルカリ性で、酸の水溶液のpHにはなりません。
解説
正解は⑵です。弱酸の水溶液では、電離度が小さいとみなせるとき pH = 1/2（pKa − log C）で近似できます。安息香酸のpKa = 4.2、濃度C = 0.01 mol/L（log C = −2）を代入すると、pH = 1/2（4.2 + 2）= 3.1 となり、最も近い値は3.0です。1.5は強酸に近い値、4.5はpKa付近で緩衝液のような状態、6.0や7.5は中性付近であり、0.01 mol/Lの弱酸水溶液としては当てはまりません。弱酸の近似式は計算問題で頻出です。
出典：厚生労働省ホームページ（https://www.mhlw.go.jp/stf/seisakunitsuite/bunya/0000198926.html）を加工して作成