中和滴定曲線 (4回目)
2026/1/24(土)
中和滴定曲線 (4回目)
(neutralization titration)
3価の酸と1価の強塩基の滴定曲線
c,c',V,V'は元の酸・塩基のモル濃度と体積 Ca = cV/(V+V') , Cb = c'V'/(V+V') は滴定中の酸・塩基のモル濃度 水溶液中に[H3A],[H2A-],[HA2-],[A3-],[H+],[B+],[OH-]が存在する Ca = [A2-] + [HA-] + [H2A] … 酸のモル濃度 Cb = [B+] + [BOH] … 塩基のモル濃度 Kw = [H+][OH-] … 水のイオン積 Ka1 = [H+][H2A-]/[H3A] … 酸の電離定数(第1) Ka2 = [H+][HA2-]/[H2A-] … 酸の電離定数(第2) Ka3 = [H+][A3-]/[HA2-] … 酸の電離定数(第3) [B+] + [H+] = 3[A3-] + 2[HA2-] + [H2A-] + [OH-] … 電気的中性 |
中和滴定曲線 (1回目)
より
[An-] = CaKa/Σj=0n([H+]jΠi=1n-jKai) Caαk = [Hn-kAk-] = [H+]n-k[An-]/(Πi=k+1nKai) x = Σ(k[Hn-kAk-]) = Σ{k[H+]n-k(Πi=2kKai)}[An-]/(Πi=2nKai) [Bm+] = CbKb/Σj=0m([OH-]jΠi=1m-jKbi) Cbβk = [B(OH)m-kk+] = [OH-]m-k[Bm+]/(Πi=k+1mKbi) y = Σ(k[B(OH)m-kk+]) = Σ{k[OH-]m-k(Πi=2kKbi)}[Bm+]/(Πi=2mKbi) [OH-] = Kw/[H+] [H+]2 - (x - y)[H+] - Kw = 0 |
n = 3
[An-] = CaKa/Σj=0n([H+]jΠi=1n-jKai)より
[A3-] = CaKa/Σj=03([H+]jΠi=13-jKai)
= CaKa/([H+]0Πi=13-0Kai+[H+]1Πi=13-1Kai+[H+]2Πi=13-2Kai+[H+]3Πi=13-3Kai)
= CaKa/(Ka1Ka2Ka3+[H+]Ka1Ka2+[H+]2Ka1+[H+]3)
= CaKa/(Ka+[H+]Ka1Ka2+[H+]2Ka1+[H+]3)
Caαk = [Hn-kAk-] = [H+]n-k[An-]/(Πi=k+1nKai)より
Caα1 = [H2A-] = [H+]3-1[A3-]/(Πi=1+13Kai) = [H+]2[A3-]/(Ka2Ka3)
Caα2 = [HA2-] = [H+]3-2[A3-]/(Πi=2+13Kai) = [H+][A3-]/Ka3
Caα3 = [A3-] = CaKa/(Ka+[H+]Ka1Ka2+[H+]2Ka1+[H+]3)
x = Σ(k[Hn-kAk-]) = [H2A-] + 2[HA2-] + 3[A2-]
= [H+]2[A3-]/(Ka2Ka3) + 2[H+][A3-]/Ka3 + 3[A3-]
= ([H+]2 + 2[H+]Ka2 + 3Ka2Ka3)[A3-]/(Ka2Ka3)
Cbβ = [B+] = Cb
y = Σ(k[B(OH)m-kk+]) = [B+] = Cb
-(x-y)[H+] = -{([H+]2 + 2[H+]Ka2 + 3Ka2Ka3)[A3-]/(Ka2Ka3) - Cb}[H+]
= [H+]Cb - ([H+]3 + 2[H+]2Ka2 + 3[H+]Ka2Ka3)[A3-]/(Ka2Ka3)
を
[H+]2 - (x - y)[H+] - Kw = 0
に代入
[H+]2 + [H+]Cb - ([H+]3+2[H+]2Ka2+3[H+]Ka2Ka3)[A3-]/(Ka2Ka3) - Kw = 0
に
[A3-]/(Ka2Ka3) = Ca{Ka/(Ka2Ka3)}/(Ka+[H+]Ka1Ka2+[H+]2Ka1+[H+]3)
= CaKa1/(Ka+[H+]Ka1Ka2+[H+]2Ka1+[H+]3)
を代入
(Ka+[H+]Ka1Ka2+[H+]2Ka1+[H+]3)[H+]2
+ (Ka+[H+]Ka1Ka2+[H+]2Ka1+[H+]3)[H+]Cb
- ([H+]3 + 2[H+]2Ka2 + 3[H+]Ka2Ka3)CaKa1
- (Ka+[H+]Ka1Ka2+[H+]2Ka1+[H+]3)Kw
= [H+]2Ka+[H+]3Ka1Ka2+[H+]4Ka1+[H+]5+[H+]KaCb
+ [H+]2Ka1Ka2Cb+[H+]3Ka1Cb+[H+]4Cb
- [H+]3CaKa1-2[H+]2CaKa1Ka2-3[H+]CaKa-KaKw
- [H+]Ka1Ka2Kw-[H+]2Ka1Kw-[H+]3Kw
= [H+]5+[H+]4Ka1+[H+]4Cb+[H+]3Ka1Ka2+[H+]3Ka1Cb- [H+]3CaKa1
+ [H+]2Ka+[H+]2Ka1Ka2Cb-2[H+]2CaKa1Ka2-[H+]2Ka1Kw
+ [H+]KaCb-3[H+]CaKa-KaKw-[H+]Ka1Ka2Kw-[H+]3Kw
= [H+]5+(Ka1+Cb)[H+]4+{(Ka2+Cb-Ca)Ka1-Kw}[H+]3
+ (Ka2(Ka3+Cb-2Ca)-Kw)Ka1[H+]2+{(Cb-3Ca)Ka3-Kw}Ka1Ka2[H+]-KaKw = 0
[H+]5 + (Ka1 + Cb)[H+]4 + {Ka1(Ka2 + Cb - Ca) - Kw}[H+]3 + Ka1{Ka2(Ka3 + Cb - 2Ca) - Kw}[H+]2 + Ka1Ka2{Ka3(Cb - 3Ca) - Kw}[H+] - Ka1Ka2Ka3Kw = 0 Ca = cV/(V+V') , Cb = c'V'/(V+V') は滴定中の酸・塩基のモル濃度 Caα1 = [H+]2[A3-]/(Ka2Ka3) Caα2 = [H+][A3-]/Ka3 Caα3 = [A3-] = CaKa/(Ka+[H+]Ka1Ka2+[H+]2Ka1+[H+]3) Cbβ = [B+] = Cb |
V'を求める式
[H]5 + {Ka1 + c'V'/(V+V')}[H+]4
+ {Ka1{Ka2 + (c'V'-cV)/(V+V')} - Kw}[H+]3
+ Ka1{Ka2{Ka3 + (c'V'-2cV)/(V+V')} - Kw}[H+]2
+ Ka1Ka2{Ka3(c'V'-3cV)/(V+V') - Kw}[H+] - Ka1Ka2Ka3Kw = 0
(V+V')[H+]5 + {(V+V')Ka1 + c'V'}[H+]4
+ {Ka1{(V+V')Ka2 + c'V' - cV} - (V+V')Kw}[H+]3
+ Ka1{Ka2{(V+V')Ka3 + c'V' - 2cV} - (V+V')Kw}[H+]2
+ Ka1Ka2{Ka3(c'V' - 3cV) - (V+V')Kw}[H+]
- (V+V')Ka1Ka2Ka3Kw = 0
A = [H+]5 + Ka1[H+]4 + Ka1Ka2[H+]3 - Ka1Kw[H+]3
+ Ka1Ka2Ka3[H+]2 - Ka1Kw[H+]2 - Ka1Ka2Kw[H+] - Ka1Ka2Ka3Kw
= [H+]{[H+]{[H+]{[H+]([H+] + Ka1) + Ka1(Ka2 - Kw)}
+ Ka1(Ka2Ka3 - Kw)} - Ka1Ka2Kw} - Ka1Ka2Ka3Kw
B = -(-Ka1c[H+]3 - 2cKa1Ka2[H+]2 - 3cKa1Ka2Ka3[H+] + A)
= cKa1[H+]3 + 2cKa1Ka2[H+]2 + 3cKa1Ka2Ka3[H+] - A
= [H+]{[H+]cKa1([H+] + 2Ka2) + 3cKa1Ka2Ka3} - A
C = c'[H+]4 + c'Ka1[H+]3 + c'Ka1Ka2[H+]2 + c'Ka1Ka2Ka3[H+]
= c'[H+]{[H+]3 + Ka1[H+]2 + Ka1Ka2[H+] + Ka1Ka2Ka3}
= c'[H+]{[H+]{[H+]2 + Ka1[H+] + Ka1Ka2} + Ka1Ka2Ka3}
= c'[H+]{[H+]{[H+]([H+] + Ka1) + Ka1Ka2} + Ka1Ka2Ka3}
A = [H+]{[H+]{[H+]{[H+]([H+] + Ka1) + Ka1(Ka2 - Kw)} + Ka1(Ka2Ka3 - Kw)} - Ka1Ka2Kw} - Ka1Ka2Ka3Kw B = [H+]{[H+]cKa1([H+] + 2Ka2) + 3cKa1Ka2Ka3} - A C = c'[H+]{[H+]{[H+]([H+] + Ka1) + Ka1Ka2} + Ka1Ka2Ka3} + A V' = (B/C)V |
Excelによる描画
