次の文章を読み、下の問1～3に答えなさい。〔解答番号$\fbox{1}$～$\fbox{6}$〕

血液中のpHは、二酸化炭素と炭酸水素ナトリウムによる緩衝作用によって、ほぼ一定に保たれている。ここでは、炭酸の電離平衡と炭酸－炭酸水素ナトリウム緩衝液について考える。ただし、溶液中の$\text{CO}_2$分子と$\text{H}_2\text{CO}_3$分子の濃度の和を$[\text{H}_2\text{CO}_3]$とする。37℃における炭酸の電離定数として、次の値を用いなさい。また、炭酸水素イオンの電離は無視してよい。

\[K_a=\dfrac{[\text{HCO}_{3}{^-}][\text{H}^+]}{[\text{H}_2\text{CO}_3]}=8.0\times10^{-7}(\text{mol}/\text{L})\]

• 問1 $1.2\times10^{-3}$mol/Lの炭酸水溶液のpHとして最も適切なものを、次の(1)～(6)のうちから一つ選びなさい。$\fbox{1}$
  • (1) 2.5
  • (2) 3.5
  • (3) 4.5
  • (4) 5.5
  • (5) 6.5
  • (6) 7.0
• 問2 炭酸水溶液と炭酸水素ナトリウム水溶液を混合して、pH7.4の緩衝液を調製した。この溶液中の水素イオン濃度は$\fbox{2}$mol/Lであるから、この溶液中の炭酸と炭酸水素イオンの濃度比$\dfrac{[\text{HCO}_3{^-}]}{[\text{H}_2\text{CO}_3]}$は$\fbox{3}$になる。$\fbox{2}$、$\fbox{3}$に入る数値として最も適切なものを、それぞれの選択肢のうちから一つずつ選びなさい。
  • $\fbox{2}$の選択肢
    • (1) $1.0\times10^{-9}$
    • (2) $2.5\times10^{-9}$
    • (3) $4.0\times10^{-9}$
    • (4) $1.0\times10^{-8}$
    • (5) $2.0\times10^{-8}$
    • (6) $4.0\times10^{-8}$
  • $\fbox{3}$の選択肢
    • (1) 0.0050
    • (2) 0.050
    • (3) 0.10
    • (4) 10
    • (5) 20
    • (6) 200
• 問3 問2の緩衝液を100mLとった。この溶液中の$[\text{H}_2\text{CO}_3]$が$1.2\times10^{-3}$mol/Lであるとき、$[\text{HCO}_3{^-}]$は$\fbox{3}\times1.2\times10^{-3}$mol/Lになる。さて、この緩衝液100mLに水酸化ナトリウムを1.2mg加えると、$\fbox{4}$ので、溶液のpHは$\fbox{5}$になる。一方、純水100mLに水酸化ナトリウムを1.2mg加えるとpHは$\fbox{6}$になるので、問2の緩衝液ではpHの変化が抑えられていることがわかる。$\fbox{4}$に入る文および$\fbox{5}$、$\fbox{6}$に入る数値として最も適切なものを、それぞれの選択肢のうちから一つずつ選びなさい。ただし、緩衝液100mLおよび純水100mLに水酸化ナトリウムを1.2mg加えたとき、それぞれの溶液の体積は変化しなかったものとする。
  • $\fbox{4}$の選択肢
    • (1) $[\text{H}_2\text{CO}_3]$が減少して$[\text{HCO}_3{^-}]$が増加する
    • (2) $[\text{H}_2\text{CO}_3]$が増加して$[\text{HCO}_3{^-}]$が減少する
    • (3) $[\text{H}_2\text{CO}_3]$も$[\text{HCO}_3{^-}]$も増加する
    • (4) $[\text{H}_2\text{CO}_3]$も$[\text{HCO}_3{^-}]$も減少する
    • (5) $[\text{H}_2\text{CO}_3]$も$[\text{HCO}_3{^-}]$も一定である
  • $\fbox{5}$の選択肢
    • (1) 4.7
    • (2) 7.3
    • (3) 7.4
    • (4) 7.5
    • (5) 8.0
    • (6) 9.3
  • $\fbox{6}$の選択肢
    • (1) 10.0
    • (2) 10.5
    • (3) 11.0
    • (4) 11.5
    • (5) 12.5
    • (6) 13.5