酸鹼反應
1. 定義:酸與鹼的化學反應,產生鹽類與水,又稱為「中和」反應。
2. 通式:酸 + 鹼 → 鹽 + 水
(1) 酸:水溶液中能產生氫離子(H+)的物質,常見可分成:
H+ + 非金屬陰離子,如:鹽酸 HCl → H+ + Cl- H+ + 酸根,如:硝酸 HNO3 → H+ + NO3
-
(2) 鹼:水溶液中能產生氫氧根離子(OH-)的物質,常見可分成:
金屬陽離子 + OH-,如:氫氧化鈉 NaOH → Na+ + OH- 銨根 + OH-,如:氫氧化銨 NH4OHNH4+
+ OH- (3) 因此,通式可寫成:
相對應的實例:
酸
+
鹼
→
鹽
+
水
HCl NaOH NaCl H2O
HNO3 NaOH NaNO3 H2O
HCl NH4OH NH4Cl H2O HNO3 NH4OH NH4NO3 H2O 3. 酸鹼反應的淨離子反應式
(1) 強酸與強鹼反應:
分子反應式:HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
離子反應式:H+(aq) + Cl-(aq) + Na+(aq) + OH-(aq) → Na+(aq) +Cl-(aq) + H2O(l) 淨離子反應式:H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l)
(2) 弱酸與強鹼反應:
分子反應式:CH3COOH(aq) + NaOH(aq) → CH3COONa(aq) + H2O(l) 離子反應式:CH3COOH(aq) + Na+(aq) + OH-(aq) → CH3COO-(aq) + Na+(aq) + H2O(l)
淨離子反應式:CH3COOH(aq) + OH-(aq) → CH3COO-(aq) + H2O(l) (3) 強酸與弱鹼反應:
分子反應式:HCl(aq) + NH3(aq)→ NH4Cl(aq)
離子反應式:H+(aq) + Cl-(aq) + NH3(aq) → NH4+(aq) + Cl-(aq) 淨離子反應式:H+(aq) + NH3(aq) → NH4+(aq)
第 1 章 物質的組成 -24-
(4) 弱酸與弱鹼反應:
淨離子反應式:CH3COOH(aq) + NH3(aq) → CH3COO-(aq) + NH4+ (aq)
弱酸與弱鹼在水溶液中大部分以分子狀態存在。
莫耳中和熱
HCl(aq)+ NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
(H+) (OH-) (鹽) (水)
1. 酸鹼反應為「放熱」反應,除了產生鹽類和水外,更會釋放出熱能,稱為「中和熱」。通式可 寫為:酸 + 鹼 → 鹽 + 水 + 熱
2. 以強酸、強鹼為例:
(1) 鹽酸(HCl)與氫氧化鈉(NaOH)反應:
分子反應式:HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
H = -55.9 kJ
淨離子反應式:H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l)H = -55.9 kJ
(2) 硝酸(HNO3)與氫氧化鉀(KOH)反應:
分子反應式:HNO3(aq) +KOH(aq) → KNO3(aq) + H2O(l)
H = -55.9 kJ
淨離子反應式:H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l)H = -55.9 kJ
(3) 由上可知,強酸、強鹼反應有以下幾個性質:
a. 強酸強鹼的反應中,參與反應的氫離子和氫氧根離子莫耳數相等,反應後完全消耗,產生 水與中性的鹽。
b. 整個反應過程中和並抵消了原本酸和鹼的性質。
c. 中和反應通常會放出熱量,是一放熱反應。
d. 以 1 mol H+與 1 mol OH-反應,生成 1 mol 的 H2O,可釋放出 55.9 kJ 的熱量,稱為「莫耳 中和熱」,其莫耳中和熱反應式如下:
H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l)
H = -55.9 kJ
e. 莫耳中和熱反應式中,反應式的係數乘以 n 倍,則中和熱乘以 n 倍,
如:2H+(aq) + 2OH-(aq) → 2H2O(l)
H = (-55.9)×2 kJ
註:強酸與弱鹼的莫耳中和熱一般會少於 56 kJ。
酸鹼中和的計算 完全中和時:
氫離子莫耳數等於氫氧根離子莫耳數,即 H+ mol = OH- mol 1. n酸×a酸 = n鹼×a鹼
n
酸:酸的莫耳數 n鹼:鹼的莫耳數a
酸:1 分子酸可釋放出 H+的數目 a鹼:1 分子鹼可釋放出 OH-的數目 2. C酸×V酸×a酸 = C鹼×V鹼×a鹼C
酸:酸的莫耳濃度(M) C鹼:鹼的莫耳濃度(M)V
酸:酸的溶液體積(L) V鹼:鹼的溶液體積(L)第 1 章 物質的組成 -25-
第 1 章 物質的組成 -26-
20+40=0.01(M)→pH=-log[H+]=-log0.01=2.0
第 1 章 物質的組成 -27-
【科學知識家】
酸鹼中和反應的應用實例:
一、制酸劑的使用:胃酸的成分是鹽酸,胃藥中含碳酸氫鈉(NaHCO3)或氫氧化鎂(Mg(OH)2) 等弱鹼成分,作為制酸劑以中和胃酸。碳酸氫鈉與酸作用迅速,也可作為酸中毒的解毒劑。
二、降低土壤的酸性:土壤中的有機質和氧反應,使二氧化碳在土壤中的濃度上升至 5%,土壤呈 酸性,不利植物生長。可藉由添加足量的碳酸鈣(CaCO3)、石灰(CaO)、熟石灰(Ca(OH)2) 或氨液等鹼性物質中和之。
三、工業汙染物的處理:工廠廢料若是酸性物質,可在排放前先以鹼性物質中和後再排放。如:在 排放含有二氧化硫(酸性氣體)氣體的廢料之前,先通過裝有碳酸鈉的反應器,可使其變為無 害的二氧化碳:SO2(g)