獨協医科大学化学2013年第2問

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 1.2×10−3mol/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。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2mol/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[HCO3−][H2CO3]は3になる。2、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。
- 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) $4.0\times10^{-8}$
- 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[H2CO3]が1.2×10−3mol/Lであるとき、[HCO3−]は3×1.2×10−3mol/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、4ので、溶液のpHは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。4に入る文および5、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。
- 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
- 5の選択肢
  - (1) 4.7
  - (2) 7.3
  - (3) 7.4
  - (4) 7.5
  - (5) 8.0
  - (6) 9.3
- 6の選択肢
  - (1) 10.0
  - (2) 10.5
  - (3) 11.0
  - (4) 11.5
  - (5) 12.5
  - (6) 13.5