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(1)錠剤成分の式量とそこに含まれる成分の物質量

NaCl
Chemical Formula: ClNa
​Molecular Weight : 58.44

​CH3CO2HCH3CO2Na
Chemical Formula: C4H7NaO4
Molecular Weight: 142.09

NaHCO3
Chemical Formula: CHNaO3
​Molecular Weight: 84.01

タブレット大 (代表サンプル1) 

NaCl 0.550 g, (9.41 mmol)、二酢酸ナトリウム 0.400 g, (2.82 mmol)、NaHCO3 0.010 g, (0.12 mmol)

タブレット小(代表サンプル2)

NaCl 0.250 g, (4.28 mmol)、二酢酸ナトリウム 0.300 g, (2.11 mmol)、NaHCO3 0.010 g, (0.12 mmol)

2)二酢酸ナトリウム水溶液のpH

一般に、弱酸とその塩からなる溶液は、pH緩衝作用を示します。二酢酸ナトリウムを水に溶かすと、CH3CO2HとCH3CO2Naを当量含む緩衝液となります(酢酸・酢酸ナトリウム緩衝液)。このような弱酸とその塩を含む溶液のpHはHenderson-Hasselbalchの式(1)を使って求めることができます。ここで[HA]は非解離型濃度、[A−] は解離型濃度を表します。

二酢酸ナトリウム水溶液中のCH3CO2HとCH3CO2Naの濃度は等しいので、その濃度比を1/1とおき、酢酸のpKa の値4.75を用いて二酢酸ナトリウム水溶液のpHを求めると4.75となります。

(3)二酢酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムの水溶液のpH

酢酸・酢酸ナトリウム緩衝液に塩基である炭酸水素ナトリウムを加えると式(2)に示した中和反応がおこります。酢酸のpKa は4.75、炭酸のpKa は6.37で酢酸の方が強い酸なので、この平衡は右に偏っています。注1(平衡定数として約42)

CH3CO2H + NaHCO3   ⇌  CH3CO2Na + H2CO3   (2)

また、生成したH2CO3の大部分はCO2とH2Oに変化し、注2 溶液中からCO2として失われます。以上より、CH3CO2Hの一部がCH3CO2Naに変化することになります。それぞれのタブレット中の溶解前の酸と塩基成分の物質量と、溶解により中和反応(2)が起きた後の酢酸と酢酸ナトリウムの物質量を求めると、表1、表2となります。

​表1

​表2

上記の物質量と式(1)を用いて電解前の溶液のpHを求めます。式中の0.3は溶液の体積 (L) です。NaHCO3 の効果により、二酢酸ナトリウム水溶液のpH 4.75より塩基性となりました。

​タブレット大

​タブレット小

(4)NaCl水溶液の電解反応

NaCl水溶液を電気分解すると、陽極における塩化物イオンの酸化反応、陰極における水の還元反応、及び、生成した塩素と水の反応が進行します。

陽極での塩化物イオンCl− の酸化

2Cl− → Cl2 + 2e−    (3)

 

陰極における水の還元

2H2O + 2e− → H2 + 2OH−   (4)

 

反応しないナトリウムイオンを含めて電解反応の式を示すと、式(5)となります。

2NaCl + 2H2O → Cl2 + 2NaOH + H2    (5)

 

塩素と水が反応し式(6)、共存するNaOHにより中和反応が起こると、式(7)、となります。

Cl2 + H2O → HClO + HCl   (6)

HClO + HCl + 2NaOH → NaClO + NaCl + 2H2O   (7)

 

式(5)~(7)の左右で同じ化学種を消去してまとめると式(8)となります。すなわち、電解反応により、NaCl 1 molからNaClO 1 molが生成します。

NaCl + H2O → NaClO + H2    (8)

(4)電解で生成した次亜塩素酸ナトリウムの水溶液のpH

酢酸・酢酸ナトリウム緩衝液に塩基である次亜塩素酸ナトリウムが加わると、式(9)に示した中和反応がおこります。酢酸のpKa は4.75、次亜塩素酸のpKa は7.53で、酢酸の方が強い酸なので、この平衡は右に偏っています。注3(平衡定数として約600)

CH3CO2H + NaClO CH3CO2Na + HClO   (9)

 

中和反応(9)が起きた後の酢酸と酢酸ナトリウムの物質量を求めると、表3、表4となります。ここで、NaClOの電解後の物質量は有効塩素濃度をモル濃度に変換し、溶液の体積を掛けて求めました。

Henderson-Hasselback Equation
 

​Calculate Molarity

​Calculate Molecular Weight of Compound
Calculate Buffer Capacity

式(1)を使って、電解、中和後のそれぞれの溶液のpHを求めると、以下のようになります。

タブレット大(有効塩素濃度88 ppm、pH実測値:pH 4.89)

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