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어떤 약산 HA의 산 해리 상수(Ka)가 25℃에서 1×10-5 일 때… | [변리사 1차] 23년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[변리사 1차] 23년 1회차
어떤 약산 HA의 산 해리 상수(Ka)가 25℃에서 1×10-5 일 때, 다음 중 pH가 6에 가장 가까운 용액은? (단, 용액의 온도는 25℃로 일정하다.)
1
HA가 1 % 해리된 용액
2
HA가 9 % 해리된 용액
3
HA가 50 % 해리된 용액
4
HA가 91 % 해리된 용액
5
HA가 99 % 해리된 용액
해설

산 해리 상수 KaK_a와 해리도 α\alpha의 관계식을 이용하면, pH가 6에 가장 가까운 것은 91% 해리된 용액이다.

초기농도를 C라 하면 Ka=Cα21−αK_a=\dfrac{C\alpha^2}{1-\alpha}이므로 C=Ka(1−α)α2C=\dfrac{K_a(1-\alpha)}{\alpha^2}이고, 수소이온농도는 [H+]=Cα=Ka(1−α)α[\mathrm{H^+}]=C\alpha=\dfrac{K_a(1-\alpha)}{\alpha}로 정리된다.

pH=6이면 [H+]=1×10−6 M[\mathrm{H^+}]=1\times10^{-6}\ \mathrm{M}이므로 1×10−6=1×10−5×1−αα1\times10^{-6}=1\times10^{-5}\times\dfrac{1-\alpha}{\alpha}가 되어 1−αα=0.1\dfrac{1-\alpha}{\alpha}=0.1, 즉 α=11.1≈0.91\alpha=\dfrac{1}{1.1}\approx0.91이 얻어진다.

따라서 해리도가 약 91%인 용액의 pH가 6에 가장 가깝다.

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