少し長くなりますが,よろしくお願いします。
理論化学についてです。気体は状態方程式に当てはまるものとする。
次の構想をグラフにしたくてありとあらゆる数式を考えました。まず,下にその構想を提示します。
(構想)
(1) ある気体が存在しない温度がT〔K〕の密閉空間S〔L〕に硝酸バリウムを n₁ mol含む水溶液に炭酸ナトリウムをn₂ mol含む水溶液を加えた。ただし,n₁=n₂であり,ここまでの硝酸バリウム水溶液と炭酸ナトリウム水溶液の体積和はV₁〔L〕とする。
(2) そして,(1)で調整した水溶液に濃度 c〔mol/L〕の塩酸を x〔L〕加えた。
ただし,V₁+x=Vとしてよいものとする。
これが以上の構想です。ここで,私が作りたいグラフというのは,この構想のもと,塩酸と水素イオン濃度(pH)の関係が示されたグラフの事です。ただし,塩化物イオン,ナトリウムイオン,硝酸イオンは反応に関与しないものとし,化学反応や水溶液合併による体積変化を無視し,実験中に発生した二酸化炭素の気体を考慮することとします。
以下がグラフの骨組みです。
溶けている炭酸H₂CO₃の物質量をB{B=[H₂CO₃]V}
気体になった二酸化炭素の物質量をCとすると
二酸化炭素CO₂の物質量と溶けている炭酸の物質量の和をD{D=B+C}
[Na⁺]+[H⁺]+2[Ba²⁺]=[HCO₃⁻]+2[CO₃²⁻]+[OH⁻]+[NO₃⁻]+[Cl⁻]
ここでn₁=n₂,つまり,[Na⁺]=[NO₃²⁻]なので,さらに下記のように簡略化します。
[H⁺]+2[Ba²⁺]=[HCO₃⁻]+2[CO₃²⁻]+[OH⁻]+[Cl⁻]...①
次にCO₂についての物質量の関係式を書きます。ここではCO₂の物質量の総和はn₂で一定なので, n₂=[CO₃²⁻]V+[HCO₃²⁻]V+A+B+C
=[CO₃²⁻]V+[HCO₃²⁻]V+A+D...②
バリウムについての物質量の関係式を書きます。ここではバリウムの物質量の総和はn₁で一定なので, n₁=[Ba²⁺]V+A...③
ここでヘンリーの法則より,炭酸H₂CO₃の溶ける物質量は,気体中の二酸化炭素の分圧P〔Pa〕と H〔mol/(L×Pa)〕(ヘンリー定数)に比例するので,B=HPV,P(S-V)=CRT,P=CRT/(S-V),B=HVCRT/(S-V),B=(D-B)HVRT/(S-V),D-B=B(S-V)/HVRT,
D=B(1+Va/HVRT){簡略化のため,S-V=Vaとした。}
あとは2枚のうち,1枚の方に続きを記しました。
以上より,添付したグラフが得られました。このグラフは適正なものでしょうか,また,この数式は理にかなっているのでしょうか。長々となってしまいましたが,これら評価をお願いします。
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