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現役薬学生が解説!pH計算瞬殺法。

2020/03/03
 
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yasu
現役薬学生のyasuです。 初めてブログ投稿しますが、よろしくお願いします! 主に洋楽、EDM、文房具、勉強法などの情報を発信していきます! また、心理学にも興味があるので、日常で役に立つ心理学の知識を記事にしていきたいと思います。

現役薬学部生がわかりやすく解説! pH計算瞬殺法。

こんにちは!現役薬学部薬学科1回生のゴトウです。

 

皆さんは化学の勉強していますか?

私は現役のFランの理系大学生で、主に化学、生物などを勉強しています。

 

今はそれなりに化学ができますが、今振り返ってみると、私が受験生の頃は、化学が難しく全く手が付けられませんでした。特にHや濃度の計算は難しいですよね?

そこで、私みたいに「pHの計算で挫折してもらいたくない」と思い、大学で習ったpHの計算方法を紹介したいと思います。

これから紹介する方法がわかれば、Hの計算問題が瞬殺できますよ(本当です)

それでは行きましょう。

 

 

pH,pOHとは?

 

 

pHとは?

水溶液中の水素イオン濃度を表す値。値が小さいほど酸性が強い。

一般に次の式で求めることができる。

           pH =-log[H+

                 [H+]は水素イオンのモル濃度。

 

 

pOHとは?

水溶液中の水酸化物イオン濃度を表す値。値が小さいほど塩基性が強い。

一般に次の式で求めることができる。

         poH =-log[OH-

              [OH-]は水酸化物イオンのモル濃度。


*ここでのlogの底は10ですが、省略してあります。

 

 

合わせて読みたい

「なんでこの公式になるの?」

と思った方は、コチラ↓の記事を参考にしてみてください。 

現役大学生がわかりやすく解説!pH計算の式の導出。(強酸・強塩基)編

 

 

ここで大切なのがしっかり定義を理解しておくこと!

定義がわかっていないと、pHpOHが何のかわからないのでそもそも計算できません。

例えるなら、大工さんが道具の使い方を知らないのに、家を建てるのと同じです!

pH,pOH意味を理解して、計算に挑みましょう。

 

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役に立つ!うんちく・つぶやき
  • pH,pOHの意味とは?

これを知っているだけでグッと記号の理解が深まりますよ。

結論から言うと、この「-log」を表しています。

つまり、

p=log

ということです。

これがわかっていると、KalogKa、pKblogKb で求められるということが何となく理解できるのではないでしょうか?!

 

 

強酸・強塩基のpH計算

それでは早速強酸・強塩基のpH計算から見ていきましょう。

意外と計算自体はシンプルなので、確実に計算できるようにしておきましょう。

 

 

強酸のpH計算

pH=log[H+]

 

強酸のpHの計算は非常にシンプルです。上の公式に当てはめて計算するだけ。

[H+]は水素イオンのモル濃度を表しています。


 

☆彡 ここで実際に問題を解いてみましょう。

{例題}0.1mol/Lの塩酸のpHを求めよ。

 

(解説)

pH=-log0.1=1

pH=1

 


 

強塩基のpH計算

ステップ① 下の公式に当てはめて、pOHの値を求める。

pOH=log[OH-]

 

ステップ② ①で求めた値を下の式に当てはめて、pHの値を求める。

14pOH=pH

 


 

☆彡ここで実際に問題を解いてみましょう。

{例題}0.1mol/Lの水酸化ナトリウムのpHを求めよ。

 

(解説)

pOH=-log0.1=1

pH=14-1=13

pH=13

 


 

 

弱酸・弱塩基のpH計算

次に、弱酸・弱塩基のpHを求めてみましょう。

少し難易度は上がりますが、頑張ってついていて来てください。

 

 

弱酸のpH計算

ステップ① 下の公式にKaを当てはめて、pKaの値を求める。

 

$$\Large pKa=-logKa$$

 

ステップ② 下の公式に当てはめて、pHの値を求める。

 

弱酸の公式

$$\Large pH=\frac{pKa-logC}{2}$$

 

 

合わせて読みたい

「なんでこんな公式になるの?」

と思った方は、コチラ ↓ の記事を参考にしてみてください。

薬学生が解説!pH公式の導出(弱酸編)

 


 

☆彡ここで実際に問題を解いてみましょう。log2=0.3 log3=0.48

{例題}0.02mol/Lの酢酸のpHを求めよ。酢酸はKa=2×10-5とする

 

(解説)

pKa=-log 2×10-5 =-(log2-5)=-(0.3-5)=4.7

$$pH=\frac{4.7-log0.02}{2}=\frac{4.7+1.7}{2}=3.2$$

pH=3.2

{応用例題} 0.01mol/L の塩化アンモニウムのpHを求めよ。アンモニアはKb= 2×10-5 とする。

 

(解説)

pKb=-log2×10-5=4.7

pKa=14-4.7=9.3

$$pH=\frac{9.3-log0.01}{2}= \frac{9.3+2}{2} =5.65$$

 

pH=5.65


 

弱塩基のpH計算

ステップ① 下の公式にKbの値を当てはめて、pKbの値を求める。

$$\Large pKb=-logKb$$

 

ステップ② 下の公式に当てはめて、pOHの値を求める。

弱塩基の公式

$$\Large pOH=\frac{pKb-logC}{2}$$

 

ステップ③ で求めた値を下の式に当てはめて、pHの値を求める。

pH=14pOH

 


 

☆彡ここで実際に問題を解いてみましょう。 log2=0.3 log3=0.48

 

{例題}0.01mol/LのアンモニアのpHを求めよ。 アンモニアはKb= 2×10-5 とする。

 

(解説)

pKb=-log2×10-5=4.7

$$ pOH=\frac{4.7-log0.01}{2}$$

$$ 14-pH=\frac{4.7-log0.01}{2}$$

$$ pH=14-\frac{4.7-log0.01}{2}$$

$$ pH=14-\frac{4.7+2}{2}=10.65$$

pH=10.65

{応用例題} 0.02mol/L の酢酸ナトリウムのpHを求めよ。 酢酸はKa=2×10-5とする

 

(解説)

pKa=-log 2×10-5 =-(log2-5)=-(0.3-5)= 4.7

pKb=14-4.7=9.3

$$ pH=14-\frac{9.3-log0.02}{2}$$

 

$$ pH=14-\frac{9.3+1.7}{2}=8.5$$

pH=8.5


 

 

緩衝液のpH計算

 

最後に、緩衝液のpHを計算していきましょう。

難しいですが、手順を踏んでいけば確実に解けるようになると思うので、頑張ってついて来てください。

 

 

酸性緩衝液

ステップ① 下の公式にKaの値を当てはめて、pKaの値を求める。

 

$$\Large pKa=-logKa$$

 

ステップ② 下の公式に当てはめて、pHの値を求める。

 

酸性緩衝液の公式

$$\normalsize pH=pKa+log\frac{【イオン型の物質のモル濃度】×【体積】}{【分子型の物質のモル濃度】×【体積】}$$


注意点!
体積は単位をそろえて、計算する。


 

 

☆彡ここで実際に問題を解いてみましょう。 log2=0.3 log3=0.48

 

{例題1} 0.1mol/L 酢酸50mLと0.1mol/Lの酢酸ナトリウムの50mLの混合液のpHを求めよ。

ただし、酢酸のpKa=4.74とする。

 

(解説)

$$\normalsize pH=4.74+log\frac{0.1×50(mL)}{0.1×50(mL)}=4.74$$

pH=4.74

 


 

 

塩基性緩衝液

 

ステップ① 下の公式にKbの値を当てはめて、pKbの値を求める。

$$\Large pKb=-logKb$$

 

ステップ② 下の公式に当てはめて、pOHの値を求める。

 

塩基性緩衝液の公式

$$\normalsize pOH=pKb+log\frac{【イオン型の物質のモル濃度】×【体積】}{【分子型の物質のモル濃度】×【体積】}$$

 

ステップ③ の値を下の公式に当てはめて、pHの値を求める。

 

pH=14pOH

 

注意点!体積は単位をそろえて、計算する。


 

 

☆彡ここで実際に問題を解いてみましょう。 log2=0.3 log3=0.48

 

{例題1}0.1mol/Lのアンモニア75mLと0.1mol/Lの塩化アンモニウム25mLの混合液のpHを求めよ。

ただし、アンモニアのpKb=4.74とする。

 

(解説)

$$\normalsize pOH=4.74+log\frac{0.1×25(mL)}{0.1×75(mL)}=4.26$$

pH=14-4.26=9.74

pH=9.74

 


 

 

まとめ

今回も本記事をご覧いただきありがとうございました。

わからない部分、疑問点があれば是非、コメントしてみてください。

最後に、公式をまとめておきました。勉強する際に参考にしてみてください。

 

★pH計算の公式まとめ!
強酸

pH=-log[H+]

強塩基  

pOH=log[OH]

弱酸  

$$\Large pH=\frac{pKa-logC}{2}$$

弱塩基 

$$\Large pOH=\frac{pKb-logC}{2}$$

酸性緩衝液 $$\normalsize pH=pKa+log\frac{【イオン型の物質のモル濃度】×【体積】}{【分子型の物質のモル濃度】×【体積】}$$ 塩基性緩衝液 $$\normalsize pOH=pKb+log\frac{【イオン型の物質のモル濃度】×【体積】}{【分子型の物質のモル濃度】×【体積】}$$

 

その他の覚えるべき公式!

pH+pOH=14

pH=14pOH

pOH=14pH

pKax+pKbx=14

(x1,2,3…とする)

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現役薬学生のyasuです。 初めてブログ投稿しますが、よろしくお願いします! 主に洋楽、EDM、文房具、勉強法などの情報を発信していきます! また、心理学にも興味があるので、日常で役に立つ心理学の知識を記事にしていきたいと思います。

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