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問題 2

無水アンモニアはクリーンでエネルギー密度の高い燃料である。定容容器中で気体 NHX3\ce{NH3} が 4 NHX3(g)+3 OX2(g)→2 NX2(g)+6 HX2O(l)\ce{4NH3(g) + 3O2(g) -> 2N2(g) + 6H2O(l)} に従い燃焼し、初期・最終状態は 298 K、14.40 g の OX2\ce{O2} で燃焼後も NHX3\ce{NH3} が残る（ΔfH∘(NHX3(g))=−46.11\Delta_fH^{\circ}(\ce{NH3(g)}) = -46.11 kJ mol−1^{-1}、ΔfH∘(HX2O(l))=−285.83\Delta_fH^{\circ}(\ce{H2O(l)}) = -285.83 kJ mol−1^{-1}）。(a) 放出熱を求めよ。(b) 溶解 NHX3\ce{NH3} を定量するため、生成した水溶液 10.00 cm3^3 を HX2SOX4\ce{H2SO4} 15.0 cm3^3（c=0.0100c = 0.0100 mol dm−3^{-3}）に加え、NaOH（c=0.0200c = 0.0200 mol dm−3^{-3}）で逆滴定し、当量点は 10.64 cm3^3（Kb(NHX3)=1.8×10−5K_b(\ce{NH3}) = 1.8 \times 10^{-5}、Ka(HSOX4X−)=1.1×10−2K_a(\ce{HSO4-}) = 1.1 \times 10^{-2}）。容器中溶液の pH を求めよ。(c) 当量点では NHX4X+\ce{NH4+} と SOX4X2−\ce{SO4^{2-}} が存在する。関係する平衡を書き、当量点の pH が 7 より大きいか小さいか等しいかを予測せよ。
ステップ 4/4: 当量点の酸性度
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Ka(NHX4X+)=KwKb=5.6×10−10>Kb(SOX4X2−)=KwKa(HSOX4X−)=9.1×10−13⇒pH<7K_a(\ce{NH4+}) = \dfrac{K_w}{K_b} = 5.6 \times 10^{-10} > K_b(\ce{SO4^{2-}}) = \dfrac{K_w}{K_a(\ce{HSO4-})} = 9.1 \times 10^{-13} \Rightarrow \mathrm{pH} < 7
分析

当量点では溶液に NHX4X+\ce{NH4+}（弱酸、Ka=Kw/Kb=5.6×10−10K_a = K_w/K_b = 5.6 \times 10^{-10}）と SOX4X2−\ce{SO4^{2-}}（ごく弱い塩基、Kb=Kw/Ka(HSOX4X−)=9.1×10−13K_b = K_w/K_a(\ce{HSO4-}) = 9.1 \times 10^{-13}）が存在。酸が勝るので pH < 7。