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1[해양경찰 화학] 25년 1회차
다음 그림은 0.10 M 일양성자산 HA (Ka = 1.8 x 10-5) 수용액 50 mL를 0.10 M NaOH 수용액으로 적정한 pH 곡선이다. NaOH 수용액 50 mL를 가했을 때 당량점에 도달하였다.

이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고르면?
< 보 기 >
㉠ HA는 약산이다.
㉡ 당량점에서의 pH는 7보다 크다.
㉢ NaOH 수용액 25 mL를 가한 후의 pH는 HA의 pKa와 같다.

문제 이미지
1
㉠
2
㉡
3
㉠, ㉢
4
㉠, ㉡, ㉢
해설

주어진 세 설명은 모두 옳다. 약산을 강염기로 적정한 곡선의 특징을 그대로 보여 준다.

핵심은 반당량점과 짝염기의 가수분해이다. 넣어 준 염기 부피에 따라 용액의 주성분이 달라지므로 각 지점을 나누어 판단한다.

  • HA가 약산이라는 설명: KaK_{\mathrm{a}}가 1.8×10−51.8\times10^{-5}으로 작고, 0.10 M 용액의 초기 pH가 2.9로 강산일 때의 pH 1보다 훨씬 높아 옳다.
    [H+]≈KaC=(1.8×10−5)(0.10)≈1.3×10−3 M[\mathrm{H^+}]\approx\sqrt{K_{\mathrm{a}}C}=\sqrt{(1.8\times10^{-5})(0.10)}\approx1.3\times10^{-3}\ \mathrm{M}이므로 pH는 약 2.9이다.
  • 당량점의 pH가 7보다 크다는 설명: 당량점에서는 HA가 모두 짝염기 A−\mathrm{A^-}로 바뀌고, 이것이 물과 반응해 OH−\mathrm{OH^-}을 내놓으므로 용액이 염기성이 되어 옳다.
    A−+H2O⇌HA+OH−\mathrm{A^-+H_2O\rightleftharpoons HA+OH^-}
  • 25 mL를 가한 후의 pH가 pKaK_{\mathrm{a}}와 같다는 설명: 25 mL는 당량점 부피의 절반이므로 HA의 절반이 A−\mathrm{A^-}로 바뀌어 두 농도가 같아지고, 로그항이 0이 되어 옳다.
    pH=pKa+log⁡[A−][HA]=pKa\mathrm{pH}=\mathrm{p}K_{\mathrm{a}}+\log\dfrac{[\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]}=\mathrm{p}K_{\mathrm{a}}

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