基礎化學(二)-1-st

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第 1 章物質的組成 -1-

1-1 化學反應的分類

常見化學反應的分類化學反應的種類很多，為了助於理解而歸類成 5 種反應類型(化合、分解、取代、複分解及燃燒反應)

1-1.1 化合反應

1. 定義：2 種以上的物質反應生成一種化合物，稱為化合反應，亦稱結合反應。 2. 圖解與記憶法：○ ＋ ● → ○● 結婚！ 3. 特色：僅有一種產物。化合反應的分類依反應物種類的不同，可分為： 1. 元素間的化合反應：依元素的種類不同，可分成 2 類 (1) 金屬與非金屬：金屬 + 非金屬 → 離子化合物（鹽類） a. 常見 A 族元素最穩定的離子態：中性原子藉由得失電子，使價電子數與惰性氣體相同，則為最穩定的離子態。 b. 產物由金屬、非金屬最穩定的離子態決定，如： + 2 + Na Na

2Na + Cl 2Na + 2Cl 2NaCl

Cl Cl      → → → → (2) 非金屬與非金屬：非金屬 + 非金屬 → 分子化合物 a. 非金屬皆為 A 族元素：同一族中，原子序↑，非金屬性質↓，活性↓；同週期中，原子序↑，非金屬性質↑，活性↑。 b. 活性較小的非金屬  易帶「正電」；活性較大的非金屬  易帶「負電」，如： 6C：同週期  原子序小  易帶「正電」  價數：+4 8O：同週期  原子序大  易帶「負電」  價數：－2 ∴ C + O2 → CO2 2. 化合物與元素間的結合反應：化合物中，帶正電價數的元素，若有更高價數的存在，則此化合物可與活性較高的非金屬再反應，生成新化合物。如： 2CO + O2 → CO2 +2 +4 3. 化合物間的化合反應：兩化合物可藉由結合反應形成新化合物 (1)CaO(s) + CO2(g) → CaCO3(s)

(2)CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq) 放出高熱，因此 CaO 可為脫水劑

(3)CaO(s) + SO2(g) → CaSO3(s) 吸附硫的氧化物（SOx），降低空氣汙染

1-1.2 分解反應

1. 定義：一種化合物經反應生成 2 種以上的元素或化合物，稱為分解反應。 2. 圖解與記憶法：○● → ○ ＋ ● 離婚！

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第 1 章物質的組成 -2- 3. 特色：反應物只有一種，可視為結合反應的逆反應反應種類：可藉由加熱或通電方式，進行分解反應 1. 加熱分解：將化合物高溫加熱，分解成元素或化合物 (1) 碳酸鈣分解：CaCO3(s) △ → CaO(s)＋CO2(g) （得到兩種化合物） (2) 氧化汞分解：2HgO(s) △ → 2Hg(l) + O2(g) （得到兩種組成元素） (3) 氯酸鈉分解製氧：2NaClO3(s) △ → 2NaCl(s) + 3O2(g) （得到元素與化合物） 2. 通電分解：將化合物通以直流電，分解成元素或化合物 (1) 熔融食鹽電解：2NaCl(l)直流電2Na(s) + Cl2(g)（得到兩種組成元素）陰極陽極

1-1.3 取代反應

取代反應：又稱「置換」反應 1. 定義：化合物中某一元素被其它元素取代。 2. 圖解與記憶法：○●＋◎ → ◎● ＋ ○ 橫刀奪愛！表示 “ 活性◎＞○ ” 3. 特色：必有元素被置換出來，反應前後該原子的價數改變，故為氧化還原反應。如：CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu +2 0 2NaBr + Cl2 → 2NaCl + Br2 －1 0

1-1.4 複分解反應

複分解反應 1. 定義：兩種化合物反應，重新組合成新的兩種(以上)化合物。多數發生於水溶液中，並伴隨有沉澱、氣體產生或酸鹼中和的反應。 2. 圖解與記憶法：○● ＋ ◎● → ○● ＋ ◎● 換妻俱樂部！ 3. 特色：非氧化還原反應

如：NaCl(aq) + AgNO3(aq) → NaNO3(aq) + AgCl(s)

NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)

1-1.5 燃燒反應

1. 定義：物質發生劇烈的氧化反應，常伴隨有光和熱的現象。 2. 特色：為氧化還原反應如：C(s) + O2(g) → CO2(g) ; 2Mg(s) + CO2(g) → 2MgO(s) + C(s) CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) C2H5OH(aq) + 3 O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) 註：碳氫(碳氫氧)化合物完全燃燒的產物為 CO2及 H2O，但燃燒不完全時，則可能產生 C(s)、CO 或 H2。 燃燒反應可視為化合反應及取代反應

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1-1.6 化學反應伴隨的現象

常見化學反應所伴隨的現象有顏色的變化、氣體的產生、沉澱的產生及能量的變化等。 1. 顏色的變化：由於反應物或生成物本身顏色的有無，以致反應過程中可能觀察到顏色的改變。例如：(1) Zn(s)＋Cu22 ＋ (aq) → Cu(s)＋Zn2 ＋ (aq) （藍色）（無色） (2) NO(g)＋ 1 2 O2(g) → NO2(g) （無色）（無色）（紅棕色） 2. 氣體的生成：固、液相反應，若產物之一為氣體，則很容易觀察到氣體的產生。例如：(1) 2 KClO3(s) MnO2 → 2 KCl(s)＋3 O2(g) (2) 2 H2O2(aq) MnO2 → 2 H2O(l)＋O2(g) (3) CaCO3(s)＋2 H ＋ (aq) → Ca2＋ (aq)＋CO2(g)＋H2O(l) 3. 沉澱的產生：液相的反應，若有生成難溶物，就會有沉澱被觀察到。例如：(1) Ca(HCO3)2(aq) △ → CaCO3(s)＋H2O(l)＋CO2(g)

(2) Pb(NO3)2(aq)＋2 NaI(aq)

→ PbI2(s)＋2 NaNO3(aq)

4. 能量的變化：化學反應一定會有吸熱、放熱現象發生，若在液相中進行，則液相溫度也會有上升或下降的現象。

例如：(1) 酸鹼中和：NaOH(aq)＋HCl(aq)

→ NaCl(aq)＋H2O(l)＋熱 (2) 燃燒反應：2 Mg(s)＋O2(g) → 2 MgO(s)＋熱＋光 【化學學堂】 二氧化氮的合成也屬於結合反應：2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)。二氧化氮是空氣汙染物，其主要排放來源是內燃機、火力發電。這些都需要吸入大量空氣來幫助燃燒，空氣中的氮氣被引入高溫的燃燒反應中，最終產生了氮氧化物。因此，藉由控制助燃的空氣量，便能精準控制氮氧化物的種類（在不同溫壓下，氮會以多種價數存在；和氧結合時，會生成 NO、NO2、N2O5）。二氧化氮不僅造成空氣汙染，亦會影響對流層中臭氧的形成；且最近加州大學聖地牙哥分校發表研究指出，空氣中二氧化氮的濃度與嬰兒瘁死症有一定關係。雖然吸入二氧化氮會導致中毒反應，但由於二氧化氮過於刺激，反而使得中毒事故較容易避免。

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第 1 章物質的組成 -4- 【化學學堂】 硫的氧化物－二氧化硫（SO2）為大氣汙染源，成因有：火力發電（燃燒煤）S + O2 → SO2；冶煉金屬；硫酸工廠廢氣。二氧化硫是一種具刺激味氣體，會對氣管造成傷害；且為酸雨的主要成因：SO2 + H2O → H2SO3，SO3 + H2O → H2SO4。美國為了環境保護而訂定的酸雨計畫，讓 1983 年和 2002 年期間二氧化硫的有效排放量減少了 33 ％。這是由於亞硫酸鈣的合成方法： CaO(s) + SO2(g) → CaSO3(s) CaSO3再被空氣氧化成 CaSO4（石膏），讓發電廠從此不再排放二氧化硫。大部分在歐洲出售的石膏都是來自此製程。截至 2006 年，中國是世界上二氧化硫排放量最大的國家，2005 年的排放量估計為 25 百萬噸。而且自從 2000 年以來，排放量已增加了 27 ％，差不多與美國在 1980 年的排放量相等。

1-2 電解質與非電解質

常見導體 1. 導體：能夠使電流通過的材料，稱為導體。 2. 依導電方式的不同，可分成 4 類： (1) 金屬：利用「自由電子」幫助導電，如：金、銀……。 (2) 電解質溶液：利用「陰、陽離子」幫助導電，如：酸、鹼、鹽。 (3) 石墨：利用「電子」幫助導電。（高三選修化學） (4) 導電塑膠：利用「電子」幫助導電，如：聚乙炔。（高三選修化學）電解質溶液 1. 電解質解離說： (1) 提出者：1884 年，瑞典科學家阿瑞尼斯。 (2) 內容： a. 凡物質溶於水或熔融態(液態)，可解離出陰、陽離子幫助導電者。電解質溶於水中時，會分解成帶電的離子，帶正電的稱為陽離子；帶負電的稱為陰離子，此分解的步驟稱為「解離」或「游離」。

如：Na2SO4(aq) → 2Na+(aq) + SO42－(aq)

Na+：帶正電的陽離子 SO42－：帶負電的陰離子

b.電中性原理：電解質水溶液中，陽離子數與陰離子數未必相等，但陽離子所帶之總電荷必等於陰離子所帶之總電荷，故溶液呈電中性。

例如：硫酸鈉水溶液中，Na2SO4(aq) → 2Na+(aq) + SO42－(aq)

正電荷（Na+）2 × (+ 1) = +2 負電荷（SO42－）1 × (－2) = －2

又溶液呈中性，因此[H＋]＝[OH－]，故[Na＋]＝2 [SO42－]。

可由電中性原理得[H＋]＋[Na＋]＝[SO42－]×2＋[OH －

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第 1 章物質的組成 -5- 2. 電解質溶液的種類： (1) 依「狀態」分類： a. 固態的電解質：高分子電解質，將鹽類溶於聚合物中而形成。如：聚乙烯氧化物（polyehtylene oxide，PEO）加入硫氰化鉀（KSCN），高溫下陽離子在聚合鏈中移動，具有導電性。 b. 液態（熔融態）的電解質：高溫下，離子化合物（鹼、鹽）形成熔融態，具有可移動離子，具有導電性。如：NaCl(l) → Na+(l) + Cl － (l) c. 電解質水溶液：電解質溶於水，解離出離子，具有導電性。如：NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl

－ (aq) (2) 依「物種」分類： a. 酸：分子化合物，溶於水中可解離出 H+。如：HCl(aq) → H+(aq) + Cl － (aq) b. 鹼：離子化合物，溶於水中可解離出 OH－。如：NaOH(aq) → Na + (aq) + OH － (aq) c. 鹽：離子化合物，溶於水中可解離出金屬陽離子與非金屬陰離子。如：NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl

－ aq) (3) 依「鍵型」分類：化合物固態熔融態水溶液分子化合物（共價鍵）酸鹼 × ×  離子化合物（離子鍵）鹼 ×   鹽 ×   (4) 依「導電性」分類： a. 強電解質在水中幾乎完全解離者：強酸、強鹼、可溶性鹽類。如：強酸：鹽酸 HCl(aq) → H+(aq) + Cl － (aq)

強鹼：氫氧化鈉 NaOH(aq) → Na+(aq) + OH －

(aq)

可溶性鹽類：食鹽 NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl －

(aq)

b. 弱電解質

在水中僅有部分解離者：弱酸、弱鹼、微溶性鹽類。如：弱酸：醋酸 CH3COOH(aq)  CH3COO

－ (aq) + H+(aq) 弱鹼：氨水 NH3(aq) + H2O(l)  NH4+(aq) + OH － (aq) 微溶性鹽類：氯化汞 HgCl2(s)  Hg2+(aq) + 2Cl － (aq) c. 非電解質在水中無法解離出離子者，以分子形式分散於水中：醇類、醣類、酯類、尿素（(NH2)2CO）

如：醇類―乙醇（C2H5OH）、乙二醇（HO(CH2)2OH）、甘油

醣類―葡萄糖（C6H12O6）、蔗糖（C12H22O11）酯類―乙酸乙酯（CH3COOC2H5） 3. 電解質溶液導電的原理－藉由離子移動而導電： (1) 電解質水溶液通以直流電，陽離子移向負極(陰極)而接受電子(還原)，陰離子移向正極(陽) 而失去(氧化)。故電解質導電時，正、負兩極表面必發生化學反應。 (2) 在外部電路上，電子經由導線繼續流通而導電；內部電路裏，則藉由離子的移動而溝通電路。使成一個封閉的迴路而導電。 ×：不導電 ：導電

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例題1 ―94.指考―

濃度均為 0.1 M 的下列水溶液，何者的導電度最大？ (A) H3PO4 (B) NaH2PO4 (C) Na2HPO4 (D) Na3PO4 (E) Na2HPO3。

答案：(D) 解析：溶液中離子的總濃度愈高，導電度愈大。磷酸 H3PO4 的解離度不大，其第二個與第三個 H＋的解離度更小，但鈉鹽在水中則幾乎完全解離，故選(D)，因其 Na＋濃度最大。 例題2 ―95.學測― 甲、乙、丙、丁、戊五種不同化合物的沸點及其 1.0 M 水溶液的導電電流數據如下表。測量導電電流的實驗裝置如下圖所示，實驗時取用的化合物水溶液均為 1.0 M 及 100 毫升，分別置於燒杯中，然後記錄安培計的導電電流讀數。試根據上文，回答下列問題。化合物沸點（℃） 1.0 M 水溶液的導電電流（安培）甲 400（分解）* 1.10 × 10－1 乙 140 9.93 × 10－4 丙 64.8 1.07 × 10－4 丁 56.5 4.95 × 10－3 戊－84.8 2.59 × 10－1 【＊分解表示該化合物到 400 ℃ 時就分解了，因此沒有所謂的沸點】 (1)由上表的數據推測，最可能是離子化合物的是下列哪一種物質？ (A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)丁 (E)戊。 (2)由上表的數據推測，最可能是分子化合物又是強電解質的是下列哪一種物質？(A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)丁 (E)戊。答案：(1)(A)；(2)(E) 解析：(1)離子化合物的沸點高。 (2)分子化合物的沸點低，但若為強電解質，則水溶液的導電性好。 例題3 ―97.學測― 下列哪一物質既非導體亦非電解質？ (A)食鹽 (B)黃銅 (C)酒精 (D)醋酸鉀 (E)石墨。 答案：(C) 解析：(A)食鹽 NaCl 為離子化合物，屬於電解質。 (B)黃銅為合金，屬於導體。 (D)醋酸鉀 CH3COOK 為離子化合物，屬於電解質。 (E)石墨屬於導體。

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第 1 章物質的組成 -7- 【科學知識家】 極性與非極性分子多數的化學反應都在水中進行。水之所以能夠作為很好的溶劑，主要歸因於其分子結構的兩大特性：鍵結電子的分布與分子的形狀。氧原子吸引價電子的能力大過於氫原子，因此水分子的兩個 O－H 鍵結，共用電子的密度愈靠近氧原子中心愈大，而發生鍵結的極化（polar）現象。此外，水分子整體 H－O－H 的排列方式呈彎曲形，使得整體正、負電荷分布不均，有部分電荷分離，稱之為極性，而這類型的分子化合物稱為極性化合物（polar compound）。相反地，分子整體以對稱方式排列，使得整體正、負電荷平均分布，這類型的分子化合物則屬於非極性化合物（nonpolar compound），例如：氫氣、二氧化碳、氮氣等。溶劑分解作用（solvolysis）在離子固體中，異性電荷呈交互連續堆積排列。當固態離子化合物溶於水，水與個別陰、陽離子的交互作用力，取代了原本異性電荷之間的引力，使得個別離子獨自在水中任意移動。當一個顆粒狀的離子化合物受到周遭呈彎曲形的極性水分子環繞，水分子中帶部分負電荷的氧中心會受到帶正電荷的陽離子吸引，而水分子中兩個帶部分正電荷的氫中心則會受到帶負電荷的陰離子吸引。當其作用力逐漸超過陰、陽離子之間的吸引力時，個別離子周遭完全被水分子團緊密包圍，離子之間的距離拉開，在溶液中任意移動，稱為溶劑分解作用（如圖 4-2）。這類離子化合物稱為可溶性的化合物（soluble compound）。分子化合物 1. 非金屬元素之間通常以共用價電子的方式形成分子化合物，最簡單的例子是氫氣。當兩個獨立的氫原子互相靠近時，每個原子的原子核與另外一個原子的價電子之間的吸引力會逐漸增加，使得這兩個原本獨立的氫原子外圍價殼層開始相互交錯重疊；當兩個原子核之間距離達到一定的範圍，核間電子對同時受到兩個原子核相同程度的吸引，兩個氫原子穩定結合，形成氫分子（圖 4-3）。不同原子也可以用共價電子的方式形成分子化合物。例如：氯化氫（HCl）是由一個氫原子和一個氯原子結合而成的分子化合物；而水（H2O）是由一個氧原子和二個氫原子相互結合而成的（圖 4-4）。

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第 1 章物質的組成 -8- 2. 離子化合物和分子化合物的差異： (1) 分子化合物由個別的分子所組成。如：一杯水是由一群互相緊鄰的水分子所組成。相反地，一茶匙的食鹽（即離子化合物），並不是以個別的氯化鈉分子形式互相堆疊而成，而是鈉離子和氯離子交互連續排列而成。 (2) 粒子間的作用力不同。分子化合物中，原子間的結合，包含兩個原子核和兩個電子之間的相互引力。而離子化合物中，離子間的結合，包含正、負離子之間的庫侖吸引力。非電解質（nonelectrolyte）很多分子化合物，如：蔗糖（ C12H22O11）、酒精（ CH3CH2OH ）和汽車水箱內的抗凍劑

（HOCH2CH2OH）都可完全溶於水，這些化合物有極化的 O－H 鍵結，屬於極性分子。根據同性

相溶的概念，這些分子化合物是極性溶質，易溶在極性的水中。不過它們仍然是以分子的形式分散在水中，所以水溶液不會導電，這些可溶性分子化合物稱為非電解質（nonelectrolyte）。

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1-3 沉澱反應

⊙電解質水溶液的顏色：電解質溶於水解離產生陰、陽離子，有些離子具有特定顏色，可作為鑑識參考。 ▲常見離子水溶液的顏色離子顏色離子顏色離子顏色離子顏色離子顏色 Fe3+ 黃褐 Fe(CN)64 －黃 Cr3+ 綠 Cr2O72 －橙 Cu2+ 藍

Fe2+ 綠 Fe(CN)63－紅 Cr2+ 藍 MnO42－綠 CoCl42－藍

FeSCN2+ 血紅 Ni2＋綠 CrO42 －黃 MnO4 －紫 Co(H2O)62 ＋紅 註：除了 I3 － 離子(棕褐色)，A 族離子皆無顏色；有顏色的離子幾乎都含有 B 族離子。 ⊙水溶液中離子間的沉澱反應： 1. 當不同的電解質溶液混合時，有些離子會結合成難溶性的沉澱物，在化學反應式中，以”向下的箭頭↓”或”加註 ppt”緊隨著化學式之後來表示。 (1) 離子沉澱反應屬於複分解反應。 (2) 通式：AB(aq) + CD(aq) → AD(s)↓+ CB(aq)

（難溶性產物） (3) 實例：

a. 2NaF(aq) + CaCl2(aq) → CaF2(s) + 2NaCl(aq)

（難溶鹽）

b. MgCl2(aq) + Ca(OH)2(aq) →Mg(OH)2(s) + CaCl2(aq)

（難溶鹼）

2. 有些沉澱具有特定的顏色，例如 AgNO3(aq)及 NaCl(aq)皆為無色，代表此二種電解質在水中解

離出的 Ag＋、NO3 －、Na＋及 Cl－皆為無色；但兩溶液混合後，會產生白色的 AgCl(s)沉澱。 3. 藉由溶液離子間的沉澱現象及沉澱物顏色，可鑑定溶液中可能含有的離子。常見沉澱物顏色化合物顏色化合物顏色化合物顏色化合物顏色

AgCl 白 BaSO4 白 CaCO3 白 Hg2Cl2 白

AgBr 淡黃 BaSO3 白 CaSO4 白 PbCl2 白

AgI 黃 BaCO3 白 CaC2O4 白 PbSO4 白

Ag2CrO4 磚紅 BaC2O4 白 CuS 黑 PbI2 黃

Ag2S 黑 BaCrO4 黃 Cu(OH)2 藍綠 PbCrO4 黃

Fe(OH)2 白綠 Fe(OH)3 紅褐 Ni(OH)2 綠 Cr(OH)3 綠

註：大部分不含 B 族元素的沉澱物呈白色；

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1-3.1 溶液中離子沉澱反應的化學反應式表示法

離子沉澱反應的化學反應式表示法

1. 同一反應，依據書寫方式不同，可分成 3 類：

(1) 分子方程式：反應物與生成物均以未解離型態表示，但須標明各物質的狀態。 a. 如：2NaF(aq) + CaCl2(aq) → CaF2(s) + 2NaCl(aq)

b. 特色：可顯示完整反應物與生成物。 c. 缺點：無法反應鹽類在水中的實際解離狀況，故不建議使用。 (2) 全離子方程式：將可溶性的鹽以個別離子方式呈現，這種表示法稱為全離子方程式。 a. 如： b. 特色：清楚區分可溶性與難溶性化合物，如：CaF2(s)為難溶性，其餘為可溶性。 c. 缺點：左、右兩邊都有相同離子（Na+、Cl－），並沒有實際參與化學變化，主要是用來平衡反應物個別離子的電荷。 (3) 淨離子方程式：僅列出有參與反應的離子，而在水溶液中保持不變的離子則省略。 a. 如：Ca2+(aq) + 2F － (aq) → CaF2(s) 【科學知識家】 離子化合物都呈電中性，含有相同的正、負電荷總量，但不一定含有相同的正、負離子數。如：鈉陽離子（Na+_{）和氯陰離子（Cl} －）各帶 1 價電荷，在氯化鈉（NaCl）中正、負電荷離子數相同；但在硫酸鈉（Na2SO4）中，鈉陽離子（Na+）的數量必須是氧陰離子（SO42－）數量的 2 倍，才能

平衡硫酸根離子的負電荷總量。從單一原子衍生的離子，稱為單原子離子；而從一小群原子衍生的離子，稱為多原子離子，例如：磷酸根陰離子（PO43－）、銨根陽離子（NH4+）。

1-3.2 離子化合物在水中溶解度的大小趨勢

水溶液中的陰、陽離子可否反應生成沉澱，可由其結合成電解質溶液溶解度判斷。溶解度 1. 定義：定溫下，該物質飽和溶液的濃度，稱為「溶解度」。 2. 物質的溶解度愈大，單位體積溶劑中的溶解量愈高，溶質愈會完全溶解而分散在溶劑中，成為均相溶液。反之，溶解度愈小，愈易形成沉澱，成為非均相溶液。 3. 依據溶解度的大小，物質可分成 3 類： (1) 可溶性：溶解度 > 10－1 M (2) 微溶性：10－4 M < 溶解度 < 10－1 M (3) 難溶性：溶解度 < 10－4 M

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第 1 章物質的組成 -11- 離子溶解度表 1. 常見鹽類在水中溶解度的規則： 任何都可溶者 IA＋、NH4 ＋ 、NO3 － 、CH3COO － (Ag＋除外) 大部分可溶者 【背『會沉澱者』】 Cl－、Br－、I－ 呂秀蓮 Hg₂2+、Cu+_、Pb2＋ 、Ag＋ 、Tl+ 共同牽引她 SO42 － 硫酸溫泉 (Ca2＋)、Ba2＋、Sr2＋、Pb2＋ 蓋 SBA 賺錢 CrO₄2－啃 Ag＋、Ba2＋ 、Sr2＋ 、Pb2＋ 贏被撕錢 大部分沉澱者 【背『可溶解者』】 S2－劉 IA＋、 NH4 ＋ IIA2＋鶚 OH－ OH! Ba2＋、Sr2＋ SBA 好涼 CO₃2－、C2O4 2－ PO₄3－、SO32 － 嘆草羚羊 【科學知識家】 沈澱物再溶解： 1. 金屬鹵化物： PbCl2 可溶於熱水。水氨水 S2O32 – CN －說明 AgF －－－－「－」表示溶解；「＋」表示沉澱。 𝐴𝑔𝐶𝑙_(𝑠)+ 2𝑁𝐻_3(𝑎𝑞) → 𝐴𝑔(𝑁𝐻₃)_2(𝑎𝑞)+ + C𝑙_(𝑎𝑞)− 𝐴𝑔𝐶𝑙_(𝑠)+ 2𝑆₂𝑂_3(𝑎𝑞)2− → 𝐴𝑔(𝑆₂𝑂₃)_2(𝑎𝑞)3− + B𝑟_(𝑎𝑞)− 𝐴𝑔𝐼_(𝑠)+ 2𝐶𝑁_(𝑎𝑞)− → 𝐴𝑔(𝐶𝑁)_2(𝑎𝑞)− + 𝐼_(𝑎𝑞)− AgCl ＋－－－ AgBr ＋＋－－ AgI ＋＋＋－ 2. 氫氧化物： (1)兩性氫氧化物：可溶於強酸與強鹼中。 a.兩性離子： Sn2+ Be2+ Cr3+ Al3+ Pb2+ Zn2+ Ga3+ 。 b.特徵：

兩性離子



加鹼

 



氫氧化物沈澱



過量強鹼





沈澱溶解

(2)過渡金屬的氫氧化物：可溶於『過量氨水』中形成氨錯離子 a.不具有此性質的過渡元素氫氧化物：Fe(OH)2、Fe(OH)3。 b.特徵：Mn NH 3(aq) M(OH)_n₍_s₎ 過量NH3(aq)M(NH₃)n_x c.過渡金屬： Co 、 Ni 、 Cu 、 Zn 、 Ag 、 Cd 3. 弱酸鹽類(HCO3 －

、CO32－、SO32－、PO43－、C2O42－…)呈弱鹼性，可溶於強酸。含有『HCO3 －、 CO32 －、SO32 －』離子的化合物溶於強酸，產生 CO2 、 SO2 。 ※硫酸鹽沈澱不再溶於酸中。

4. 鉻酸鹽沈澱 BaCrO4(黃)、PbCrO4(黃)、Ag2CrO4(磚紅色)均可再溶於強酸中。

2BaCrO₄₍_s₎ 2H₍_aq₎ 2Ba₍2_aq₎ Cr₂O₇2₍_aq₎ H₂O₍_₎

5. 硫化物沈澱 Al 、 Zn 、 Mn 、 Fe 、 Co 、 Ni 之硫化物均可再溶於強酸

中。 2

(s) (aq) (aq) 2 (aq)

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例題4 ―93.學測―

有一已磨成粉末的混合物試樣，是由下列六種物質中的數種等量組成：(A) NaCl；(B) KCl；(C) CaCl2

；(D) CuSO4（無水）；(E) Na2SO4；(F) Na2CO3。為了要確定該粉末試樣的成分，王同學先查了資料後，自己研擬了一個檢驗粉末試樣的流程圖，並請李老師指導。李老師認為整個實驗都相當安全，基於鼓勵學生多做「探究學習」，同意王同學在化學實驗室中進行實驗，並要求王同學確實記錄實驗過程，檢討每一實驗的必要性。以下是報告的一部分：實驗一：用燒杯取粉末試樣約 2 克，加蒸餾水約 100 毫升，攪拌後形成無色的透明溶液 X。實驗二：在溶液 X 中加了鹽酸，則見在溶液中陸續產生氣泡，至溶液不再冒氣泡，溶液仍為無色透明（貼上標籤 Y）。實驗三：在無色透明的溶液 Y 中，滴加 BaCl2 溶液，即見白色沉澱。實驗四：繼續滴加 BaCl2 溶液，至白色沉澱不再產生後，過濾分離出白色沉澱，得到透明的無色濾液 Z。實驗五：在濾液 Z 中，滴入 AgNO3 溶液，則見白色沉澱，加入稀硝酸，沉澱不溶解。 (1)根據上述報告，原粉末中一定沒有哪兩種物質？（從(A)～(F)中選兩項） (2)原粉末中，一定含有哪兩種物質？（從(A)～(F)中選兩項） (3)若王同學只需回答問題(1)與(2)，你認為王同學不需要做哪兩個實驗？ (A)實驗一 (B)實驗二 (C)實驗三 (D)實驗四 (E)實驗五。答案：(1)(C)(D)；(2)(E)(F)；(3)(D)(E) 解析：由實驗一：粉末溶於水得無色溶液，故必不含(D) CuSO4（∵Cu2 ＋為藍色）。

由實驗二：粉末溶液可與鹽酸反應產生氣體，故必含有(F) Na2CO3（∵Na2CO3(aq)＋2HCl(aq)→ 2NaCl(aq)＋H2O＋CO2(g)）；同時可得知原粉末必不含(C) CaCl2，否則粉末加入水中時即會發生 CaCl2(aq)＋Na2CO3(aq)→ CaCO3(s)＋2NaCl(aq) 之沉澱反應，而不可能得到無色澄清的水溶液。

由實驗三：粉末溶液可與 BaCl2(aq) 反應產生沉澱，故必含有(E) Na2SO4（∵Na2SO4(aq)＋BaCl2(aq) → BaSO4(s)（白色）＋2NaCl(aq)）。

由實驗四、五：濾液可與 AgNO3(aq) 反應產生不溶於硝酸的白色沉澱，故需含有 Cl

－

(aq)，但因實驗二加入鹽酸，故無法判斷(A)、(B)的存在。

(13)

例題5 ―95.學測―

下表是硝酸銀、硝酸鉛、硝酸鋇、硝酸鎳等四種溶液分別與氯化鈉、硫酸鈉、硫化鈉等三種溶液作用的結果（所有溶液的濃度都是 0.01 M）。

AgNO3 Pb(NO3)2 Ba(NO3)2 Ni(NO3)2 NaCl 白色沉澱白色沉澱 --- --- Na2SO4 --- 白色沉澱白色沉澱 --- Na2S 黑色沉澱黑色沉澱 --- 黑色沉澱（---表示無沉澱）試根據上文，回答下列問題： (1)硝酸鉛與氯化鈉作用產生的白色沉澱，其正確的化學式為下列哪一項？ (A) NaNO3 (B) Na2NO3 (C) PbCl (D) PbCl2 (E) Pb(OH)2。

(2)有一溶液含 Ag+、Pb2+_、Ni2+_{三種離子各 0.01 M，若使用均為 0.01 M 的 NaCl、Na}

2SO4、Na2S

溶液作為試劑，使 Ag+_、Pb2+_、Ni2+_{分離，則滴加試劑的順序應為下列哪一項？}

(A) NaCl、Na2SO4、Na2S (B) Na2SO4、NaCl、Na2S

(C) NaCl、Na2S、Na2SO4 (D) Na2SO4、Na2S、NaCl

(E) Na2S、NaCl、Na2SO4。答案：(1) (D) (2) (B) 解析：(1)Pb2+ + 2Cl → PbCl2 (2)一次生成一種沉澱，才能分離此三種離子，故加入試劑的順序應為 Na2SO4、NaCl、 Na2S，產生的沉澱依次為 PbSO4、AgCl、NiS。 例題6 ―96.學測― 有甲、乙、丙三瓶不同的液體，欲知道各瓶中的液體為何種藥劑，而進行下列實驗： (1)各取一部分液體，分別倒入試管然後加等量的水稀釋，並各別滴入氯化鋇溶液時，只有甲液的試管生成白色沉澱。 (2)將硝酸銀溶液加入乙和丙的試管中，結果兩支試管都產生沉澱，但再加入過量的氨水時，只有丙試管的白色沉澱會溶解。請問甲、乙、丙的液體分別是什麼藥劑？ (A)甲為 H2SO4、乙為 HI、丙為 HCl (B)甲為 HI、乙為 H2SO4、丙為 HCl

(C)甲為 H2SO4、乙為 HCl、丙為 HI (D)甲為 HCl、乙為 H2SO4、丙為 CH3COOH

答案：(A)

解析：(1) H2SO4(aq) 甲

＋BaCl2(aq)→ BaSO4(s)↓＋2HCl(aq)

(2)        丙乙 HCl HI (aq) (aq)      AgNO3          （白色）（黃色） (s) (s) AgCl AgI        過量NH3(aq)        (aq) 2 3) ] [Ag(NH ＋不溶 例題7 ―99.指考― 某生想要探討鐵(Ⅲ)離子與硫氰根離子（SCN－）的反應，於是先配製了一澄清 0.1 M 的 Fe(NO3)3 溶液 100 mL，但在配製過程中，忘記加入稀硫酸加以酸化。當 Fe(NO3)3 溶液靜置一段時間後，發現該溶液變成混濁，同時容器底部有少許黃褐色沉澱。試問下列哪一項最有可能為該沉澱物？ (A) FeO (B) Fe2O3 (C) FeCO3 (D) Fe(SCN)3 (E) Fe(OH)3。

答案：(E) 解析：水會自解離生成 H＋與 OH－，Fe3＋ (aq)＋3OH － (aq)→ Fe(OH)3(s)

(14)

第 1 章物質的組成 -14- 例題8 ―97.學測― 表 1 是硝酸銀、硝酸鎂、硝酸鋇、硝酸鎳四種溶液與氫氧化鈉、氯化鈉、硫酸鈉、硫化鈉等四種溶液作用的結果，表中的“─”表示沒有沉澱。以上所有水溶液的濃度都是 0.01 M。根據表 1，回答 1-2 題。 1 . 硝酸鎳溶液與硫化鈉溶液混合時會產生黑色的沉澱，試問該沉澱的化學式為下列哪一項？ ( A ) N i S ( B ) N i2S ( C ) N i S2 ( D ) A g2S ( E ) M g S2 2 . 有一水溶液含 _Ag+_、_Mg2+_、 2+ Ba 及 Ni2+四種陽離子各 0.01M。若以 NaOH、NaC l、Na SO2 4 及 Na S2 溶液作為試劑使之分離，則下列滴加四種試劑的先後順序中，哪一項可達到分離的目的？ ( A ) N a O H ； N a C l ； N a2S O4； Na2S ( B ) N a2S ； N a O H ； N a C l ； N a2S O4 ( C ) N a2S O4； Na2S ； N a O H ； N a C l ( D ) N a C l ； N a2S O4； NaOH ； N a2S ( E ) N a C l ； N a2S O4； Na2S ； N a O H 答案：(1)(A)；(2)(E) 解析：(1) Ni2＋ (aq)＋S2 － (aq)→ NiS(s) (2)欲將四種離子分離，加入的試劑必須依次產生一種沉澱，利用過濾法分離之。由表得之： Cl 只會與 Ag 產生沉澱，所以先加入 NaCl 產生 AgCl 沉澱，將 Ag+除去；SO4 只會與 Ba2+_{產生沉澱，所以加入 Na}

2SO4產生 BaSO4沉澱，將 Ba2+除去；溶液中只剩 Mg2+ 及 Ni2+_{下另外 S 可與 Ni}2+

產生沉澱而不與 Mg2+產生沉澱，所以加入 Na2S 產生 NiS 沉澱，Ni2+_{除去；溶液中只剩下 Mg}2+_{，最後加入 NaOH 產生 Mg(OH)}

2沉澱。 例題9 ―101.學測― 對某一濃度為 0.01 M 的未知水溶液進行測試，觀察到下列現象： (1)此溶液具有極佳導電性。 (2)此溶液的 pH 值和純水相近。 (3)此溶液通入二氧化碳，會產生白色沉澱。 (4)此溶液加入等體積的 0.01 M 氫氧化鈉溶液，會產生白色沉澱。此水溶液最可能含有下列何種物質？ (A)氯化鈉 (B)氯化鈣 (C)蔗糖 (D)碳酸鈉 (E)氫氧化鉀。答案：(B) 解析：(1)可知蔗糖不合，因蔗糖水溶液不導電。 (2)可知碳酸鈉和氫氧化鉀溶液不合，因兩者均呈鹼性。 (3)由 CO2(g)＋H2O(_)＋Ca2＋ (aq) → CaCO3(s)＋2H＋ (aq) 可知，此溶液中所含的物質為 CaCl2。 (4) CaCl2(aq)＋2NaOH(aq)→ Ca(OH)2(s)＋2NaCl(aq)

AgNO3 Mg(NO3)2 Ba(NO3)2 Ni(NO3)2

NaOH 棕色沉澱白色沉澱 ─ 綠色沉澱

NaCl 白色沉澱 ─ ─ ─

Na2SO4 ─ ─ 白色沉澱 ─

(15)

1-4 酸鹼定義與 pH 值

1-4.1 阿瑞尼斯酸鹼定義

酸鹼的通性酸的通性鹼的通性酸味苦澀味、有滑膩感可導電，為電解質可導電，為電解質氫離子（H+_） _{氫氧根離子（OH}－） 1.石蕊試紙：藍  紅 2.酚酞：紅  無 1.石蕊試紙：紅  藍 2.酚酞：無  紅濃酸稀釋時，放出熱量濃鹼稀釋時，放出熱量可與碳酸鈣反應產生二氧化碳可溶解油脂，作為清潔劑 1.酸 + 鹼 → 鹽 + 水 2.酸 + 金屬（活性大）→ 鹽 + 氫氣酸 + 鹼 → 鹽 + 水阿瑞尼斯的酸鹼定義 1. 提出者：西元 1887 年，科學家阿瑞尼斯。 2. 內容：僅適用於「水溶液」，如下表所示：酸鹼定義水溶液中能產生氫離子（H + ）的物質水溶液中能產生氫氧根（OH－）的物質實例強酸：HCl(aq) → H + (aq) + Cl －

(aq) 強鹼：NaOH(aq) → Na+(aq) + OH －

(aq)

弱酸：HF(aq)  H+(aq) + F －

(aq) 弱鹼：NH4OH(aq)  NH4+(aq) + OH － (aq) 3. 酸鹼中和：酸＋鹼 → 鹽＋水

4.2 酸和鹼的強度

酸鹼強度 1. 定義：酸鹼的強弱，由其在水溶液中的解離度（解離百分率）決定。 2. 酸、鹼的分類：根據解離度的大小，可分成強酸、強鹼與弱酸、弱鹼 (1) 強酸、強鹼：酸、鹼溶於水後，幾乎完全解離者。

例如：硝酸 HNO3(aq) → H+(aq) + NO3 －

(aq)

氫氧化鉀 KOH(aq) → K+(aq) + OH －

(aq)

(2) 弱酸：酸、鹼溶於水後，僅有部分解離者。例如：醋酸 CH3COOH(aq)  H+(aq) + CH3COO － (aq) 氨氣 NH3(g) + H2O(l)  NH4+(aq) + OH － (aq) (3) 某些物質，本身無法生成 H+，但與水反應後，即可解離出 H+_{，則該物質仍為「酸類」。} 如：二氧化碳（CO2）常溫常壓下為氣體，本身無法生成 H+ 將二氧化碳溶於水，生成碳酸：CO2(g) + H2O(l)  H2CO3(aq) 碳酸可解離出 H+_{（氫離子）}_：H

2CO3(aq)  H+(aq) + HCO3 －

(aq)

(16)

第 1 章物質的組成 -16- (4) 某些物質，本身無法生成 OH－，但與水反應後，即可解離出 OH－，則該物質仍為「鹼類」。如：氧化鉀（K2O）：常溫常壓下為固體，本身無法生成 OH －將氧化鉀溶於水，生成氫氧化鉀：K2O(s) + H2O(l) → 2KOH(aq) 氫氧化鉀可解離出 OH－

（氫氧根）：KOH(aq) → K+(aq) + OH － (aq) 故氧化鉀（K2O）為「鹼類」。 3. 電解質的強弱：解離度↑，導電性↑，燈泡亮度↑。強電解質弱電解質酸強酸弱酸鹼強鹼弱鹼燈泡亮度較亮較暗 【科學知識家】 1.能完全解離產生氫離子（H+）的強電解質稱為強酸（strong acid）。如：當 100 個 HCl 分子溶解在水中時，會產生 100 個 H+_{離子和 100 個 Cl}－離子，並沒有任何 HCl 真的以分子形式存在水溶液中。

2.氫氧化合物能完全解離成氫氧根離子(OH－)的強電解質稱為強鹼(strong base)。如：每 100 個單元的 NaOH 溶解在水中，就可產生 100 個 Na+_{和 100 個 OH}－離子。 3.強電解質溶於水幾乎完全解離，用「→」表示，弱電解質溶於水部分解離，用「」表示。 4.電解質分類：強電解質（strong）弱電解質（weak）非電解質（nonelectrolyte） KCl、NaCl、HClO4、 HCl、HNO3、H2SO4、 KOH、NaOH、Ba(OH)2 H3PO4、H2CO3、NH3、 CH3COOH、HF、HNO2、 H2O、H2C2O4 CO(NH2)2 、 CH3OH 、 C2H5OH 、 C6H12O6 、 C12H22O11 5.常見的強鹼、強鹼：

(1)強鹼：NaOH、KOH、RbOH、CsOH、Ca(OH)2、Sr(OH)2、Ba(OH)2。 (2)強酸：

A.非含氧酸：HCl、HBr、HI。

(17)

第 1 章物質的組成 -17- 例題10 ―83.推甄― 大氣中的水蒸氣與下列何種氣體作用不會產生酸性物質？ (A)一氧化碳（CO） (B)二氧化碳（CO2） (C)一氧化氮（NO） (D)二氧化硫（SO2）。答案：(A) 解析：(A) CO 不溶於水，且不和水反應。 (B) CO2＋H2O → H2CO3（碳酸） (C) NO 在空氣中易與氧反應生成 NO2，再與水反應生成亞硝酸及硝酸。 2NO＋O2→ 2NO2

2NO2＋H2O → HNO2＋HNO3 (D) SO2＋H2O → H2SO3（亞硫酸） 例題11 ―84.推甄― 近年來臺灣某些地區雨水的 pH 值偏低，稱為「酸雨」。下列有關「酸雨」的敘述，何者正確？ (A)酸雨主要是大氣中硫的氧化物溶解於雨水中所致 (B)酸雨主要是大氣中的 CO2 溶解於雨水中形成碳酸所致 (C)酸雨主要是和工廠排放廢氣有關，與汽、機車排放廢氣無關 (D)酸雨對人類和其他動物的危害比較大，對植物沒有影響。答案：(A)

解析：(A)硫的氧化物：SO2 和 SO3 遇水分別產生 H2SO3 及 H2SO4，是造成酸雨的主因。反應式：SO2＋H2O → H2SO3（亞硫酸）

SO3＋H2O → H2SO4（硫酸）

(B)天然雨水本身就因有 CO2 溶在其中，而呈弱酸性。

(C)汽、機車排放的廢氣含有氮氧化物，其中 NO2 遇水會產生亞硝酸及硝酸，也是造成酸雨的原因之一。

反應式：2NO2＋H2O → HNO2＋HNO3 (D)會危害植物的生長。 例題12 ―85.推甄― 下列為常見液體，何者的 pH 值一定大於純水？ (A)氨水 (B)天然雨水 (C)番茄汁 (D)可樂 (E)胃液 (F) 1.0 M HCl 溶液 (G)檸檬汁 (H)蘇打水溶液。答案：(A)(Ｈ) 解析：pH 值大於純水者呈鹼性。 (A) NH3(aq)＋H2O → NH4 ＋ (aq)＋OH － (aq)，因產生 OH －而呈鹼性。 (B)天然雨水溶有空氣中的 CO2 → CO2(g)＋H2O → HCO3－

(aq)＋H＋ (aq)，因產生 H＋而呈酸性 (C)(G)大部分的水果因含有植物酸而呈酸性。 (D)可樂為碳酸飲料，因溶有 CO2 而呈酸性。 (E)胃液中含有鹽酸（HCl(aq)），與(F)均呈酸性。 (H)蘇打（Na2CO3）在水中解離出 Na ＋及 CO32 －，CO32 － (aq)＋H2O → HCO3 － (aq)＋OH － (aq)，因產生 OH－而呈鹼性。 例題13 ―90.學測― 下列哪一個化合物的水溶液呈鹼性？ (A) NO2 (B) H3PO4 (C) CH3OH (D) Mg(OH)2。答案：(D)

解析：(A) NO2 為酸酐，溶於水呈酸性：2NO2＋H2O → HNO3＋HNO2 (B) H3PO4 為磷酸，溶於水呈酸性：H3PO4 → H＋＋H2PO42－ (C) CH3OH 為甲醇，溶於水不解離，呈中性。 (D) Mg(OH)2 溶於水會解離產生 OH－，水溶液呈鹼性：Mg(OH)2 → Mg2＋＋2OH－

(18)

第 1 章物質的組成 -18- 例題14 ―92.學測補考― 下列哪一種實驗可以檢驗出水溶液是酸性的？ (A)水溶液導電 (B)水溶液呈現無色狀態 (C)加入酚酞，水溶液變粉紅色 (D)加入碳酸鈣水溶液，水溶液會產生氣泡 (E)在藍色的石蕊試紙上加入一滴水溶液，呈現出紅色。答案：(E) 解析：(A)可以導電，可能是酸性、鹼性或中性 (B)僅由水溶液呈無色，無法判斷水溶液的酸鹼性(C)酚酞在酸中為無色，在鹼中呈紅色 (D)碳酸鈣加酸，會產生 CO2，但碳酸鈣在水中的溶解度很小，濃度很小，不會與酸性的水溶液產生氣泡 (E)酸可使藍色的石蕊試紙變紅色 例題15 ―92.學測補考― 下列有關「酸雨」的敘述，何者正確？ (A)酸雨會造成水質優養化 (B)酸雨中帶有硫酸及硝酸成分 (C)雨水的酸鹼值低於 7，即為酸雨 (D)酸雨是因空氣中的灰塵顆粒所引起的。答案：(B) 解析：酸雨是 pH＜5.6 的雨水，因雨水中溶有 SO2、SO3 或 NO2，其中 SO2＋H2O → H2SO3（亞硫酸） SO3＋H2O → H2SO4（硫酸）

2NO2＋H2O → HNO2（亞硝酸）＋HNO3（硝酸）→ 使雨水的酸性變大 例題16 ―92.學測補考― 碳酸鈣粉末常用來噴灑經酸雨侵襲過的湖泊，以減輕酸害。若於一稀鹽酸溶液中加入過量的碳酸鈣固體，則下列哪一個圖最能代表其 pH 值隨時間的變化情形？ (A) (B) (C) (D) 答案：(D) 解析：碳酸鈣在酸性水溶液中會與 H＋反應生成二氧化碳，而降低水中的 [H＋ ]，使 pH 值增大。 → CaCO3(s)＋2H＋ (aq) → Ca2＋ (aq)＋H2O＋CO2(g) 過量的 CaCO3 因難溶於水而形成飽和溶液，故 pH 值可維持恆定，故選(D) 例題17 ―93.指考― 下列氧化物中，何者溶於水即成為酸性溶液？ (A) CaO (B) MgO (C) N2O5 (D) P4O10 (E) ZnO。

答案：(C)(D)

解析：非金屬氧化物溶於水易形成酸性溶液。

(A) CaO＋H2O → Ca(OH)2（鹼性） (B) MgO＋H2O → Mg(OH)2（鹼性） (C) N2O5＋H2O → 2HNO3（酸性） (D) P4O10＋6H2O → 4H3PO4（酸性） (E) ZnO 難溶於水。 例題18 ―95.學測― 一般的胃痛大都與胃酸過多有關。在 NaOH、KOH、Ca(OH)2、Mg(OH)2 四種物質中，只有一種物質不會傷害口腔、食道，因而適合用於胃藥。關於這一種物質的性質描述，下列哪一項正確？ (A)是兩性物質，可以當作鹼或酸 (B)在水中的溶解度是四種物質中最小 (C)為共價化合物 (D) 1 莫耳物質可中和 1 莫耳鹽酸 (E)可作氧化劑。答案：(B)

(19)

1-4.3 水的解離作用

水的解離 1. 水是極弱的電解質，在自身解離過程中，只有極微量的氫離子（H+）和氫氧根離子（OH－）產生，大多數的水仍以分子（H2O）方式存在。可表示為： H2O(l) + 熱  H+(aq) + OH － (aq)（水的解離反應式）雙箭頭代表可逆反應。 2. 水是中性物質，由上述方程式得知： (1) 氫離子濃度=氫氧根離子濃度。 25 ℃時，[H+] = [OH－] =1.0×10－7 M (2) H2O 濃度為定值，可表示為：[H2O] = 1000 mol 18 1.0 L ≒55.56（M） 3. 根據上述水的解離反應式，可表示為：在 25 ℃下 (1) 水的解離常數 Kd = 2 [H ] [OH ] [H O]  _  = 7 7 (10 ) (10 ) 55.56  _  = 1.8×10－16（M） (2) 水的離子積常數 Kw = [H+]×[OH － ] = Kd×[H2O] = 10－14 (3) 水的解離度 α = 2 [H ] [H O]  = 7 1.0 10 55.56   = 1.8×10－9 = 1.8×10－7 % (4) 純水的離子濃度 [H+] = [OH－] = K_w =1.0×10－7（M） 4. 在定溫下，水的 Kd與 Kw為定值。換言之，室溫 25 ℃下，任何水溶液的 Kw = [H+]×[OH － ] = 10－14，可分為： (1) 酸性溶液：[H+] >10－7 M > [OH－] 如：0.1 M 的 HCl：HCl(aq) → H+ + Cl － → [H+] = 0.1 M，[OH－] = w [H ] K =10－11（M） (2) 鹼性溶液：[OH－] >10－7 M > [H+] 如：0.1 M 的 NaOH：NaOH (aq) → Na+ + OH － → [OH－ ] = 0.1 M，[H+] = w [OH ] K  =10 －11_（M） (3) 中性溶液：[H+] = [OH－] = 10－7（M）如：0.1 M 的 NaCl：NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl

－ (aq) → [H+] = [OH － ] = K_w = 1.0×10－7（M） 5. Kw值會受溫度影響： (1) 溫度升高，Kw變大  純水：[H+] = [OH － ] = K_w > 10－7 M (2) 溫度降低，Kw變小  純水：[H+] = [OH － ] = K_w < 10－7 M 溫度 [H+] [OH－] Kw 0 ℃（純水） 3.4×10－8 3.4×10－8 1.14×10－15 25 ℃（純水） 1.0×10－7 1.0×10－7 1.0×10－14 60 ℃（純水） 3.1×10－7 3.1×10－7 9.6×10－14

(20)

1-4.4 pH 值

pH 值 1. 目的：為了避免數字讀寫的複雜性，用於表示溶液酸鹼性的尺度。 2. 提出者：1909 年，丹麥化學家索忍辛。 3. 定義：一般水溶液中的氫離子濃度很小，故以對數表示較方便，稱之為 pH 值(又稱為离巠ㄌㄧ_ㄥˊ標值)。 (1) pH = －log[H+]  [H+] = 10－pH (2) 當[H+] = a×10－b pH = b － loga（1≦a<10） (3) pH 值：可為整數、小數或是負數。 (4) [H+]愈大，酸性愈強，pH 值愈小。 (5) 若兩溶液的 pH 值相差數值為 n，則[H+]濃度相差 10n倍。如：溶液 A：pH = 6  [H+]A = 10 －6 M 溶液 B：pH = 4  [H+]B = 10 －4 M pH = 6 － 4= 2 [H+] = 4 6 10 10   = 10 2 = 100 表示溶液 B 的氫離子濃度比溶液 A 大 100 倍同理可證：pOH= －log[OH－ ]  [OH－] = 10－pOH pKw = －logKw Kw =10pKw 溶液的酸鹼性：25 ℃時 1. pH = pOH = 7，為中性溶液 2. pH < 7 < pOH，為酸性溶液 3. pH > 7 > pOH，為鹼性溶液 4. 不論水溶液為酸性、中性或鹼性，Kw = [H+]×[OH － ] = 10－14，故： pH + pOH = pKw = 14 5. 常見溶液的 pH 值 H2O(l) +熱 H+(aq) + OH －

(aq) Kw pH pOH pH+pOH α Kd

T<25℃ 55.56M        

T=25℃ 55.56M 10－7M 10－7M －1014 7 7 14 1.8×10

－7

% 1.8×10－16

(21)

第 1 章物質的組成 -21- 例題19 ―85.推甄― 在常溫、常壓下，某酸性水溶液甲，其 pH 值為 5。取甲液 1 毫升，加水稀釋到 1 升為乙液，則乙液的 pH 值應為何？ (A) 8 (B) 7 (C) 6 (D) 5 (E) 4。答案：(B) 解析：pH＝5 甲的 [H＋ ]＝10－5（M）稀釋後來自甲的 [H＋ ]＝ 1000 1 1 10 5   －＝10－8_（M）_{，小於純水所解離出的 [H}＋ ]，故尚需考慮水的解離！ 水溶液中的 [H＋ ]＝來自甲的 [H＋]＋來自水的 [H＋] 故其 pH 值約為 7（實際上略小於 7）【要訣】酸液加大量水稀釋後最終趨近中性，不可能變為鹼性。 例題20 ―88.推甄― 我們喝的汽水都含有 CO2。大華取得一杯汽水，滴定其酸鹼度，求得氫離子濃度 [H＋] 為 3.0 × 10－5 M，此杯汽水的 pH 值約為多少？ (A) 3.5 (B) 4.5 (C) 5.5 (D) 6.5。答案：(B) 解析：pH＝－log[H＋ ]＝－log（3 × 10－5）＝5－log3＝5－0.48＝4.52≒4.5 或由 1 × 10－5_{＜3 × 10}－5_{＜1 × 10}－4_{→ 5＞－log（3 × 10}－5_{）＞4，故其 pH 值介於 4 ～ 5} 例題21 ―90.學測― 下列四種酸溶液中，何者與同體積的 0.1 M 氫氧化鈉水溶液混合後，所得的溶液具有最大的 pH 值？ (A) 0.1 M 的 H2SO4 (B) 0.1 M 的 HCl (C) 0.1 M 的 HNO3 (D) 0.1 M 的 CH3COOH。答案：(D)

解析：(A)產生 NaHSO4，呈酸性 (B)產生 NaCl，呈中性 (C)產生 NaNO3，呈中性 (D)產生 CH3COONa，呈鹼性 例題22 ―91.學測― 在常溫、常壓的條件下，下列關於水溶液之 pH 值的敘述，何者正確？ (A)純水的 pH 值是 0 (B)酸性溶液的 pH 值永遠是正值 (C)在鹼性溶液中，0≦pH 值≦14 (D)鹼性溶液的 pH 值代表溶液中的氫離子濃度。答案：(D) 解析：(A)純水為中性，pH＝7 (B)強酸溶液中，[H＋]＞1 M（即 100 M），則其 pH 值為負值。 (C)鹼性溶液的 pH 值＞7 (D) pH 值是衡量 [H＋] 大小的尺標，可用來表示任何水溶液的 [H＋]。 例題23 ―94.學測― 可樂是夏天大眾化的消暑飲料之一，內含磷酸及碳酸成分。某生分析其酸鹼度，測得氫離子濃度為 4 × 10－3 M。試問該可樂的 pH 值最接近下列何值？ (A) 1.4 (B) 2.5 (C) 3.8 (D) 6.3 (E) 9.4。答案：(B) 解析：pH＝－log[H＋

]＝－log（4 × 10－3）＝3－log22_{＝3－2 log2＝3－2 × 0.3＝2.4}

(22)

第 1 章物質的組成 -22- 例題24 ―91.學測補考― 下列有關酸鹼的敘述，何者正確？ (A)去離子水不含任何離子，所以完全不導電 (B)檸檬汁與石灰水混合時會發生質子轉移的反應 (C)檸檬汁太酸，可以藉加入糖分予以中和並減低酸度 (D)稀釋後的檸檬汁中，其氫氧離子濃度大於氫離子濃度。答案：(B) 解析：(A)仍有水會解離出微量的 H＋及 OH－，在高壓下仍可導電。 (B)檸檬是酸性物質，石灰是鹼性物質，混合時 H＋（質子）由檸檬酸轉移給石灰水的 OH－而生成 H2O。 (C)糖是中性物質，不會改變水溶液的酸鹼性。 (D)酸性溶液稀釋後仍為酸性，故其 [H＋]＞[OH－]。 例題25 ―96.指考― 有甲、乙、丙、丁、戊、己、庚等七杯各含 100 毫升濃度不等的鹽酸溶液，各溶液的 pH 值分別為 7.0、6.0、5.0、4.0、3.0、2.0、1.0。今將濃鹽酸逐滴滴入各溶液中，使各溶液的 pH 值，分別降為 6.0 、5.0、4.0、3.0、2.0、1.0、0.0。若用各溶液所需加入濃鹽酸的滴數對各溶液的編號作圖，則所形成的曲線，應接近下列哪一個？ (A) (B) (C) (D) (E) 。答案：(A) 解析：各杯由 pH＝n 降至 pH＝n－1，也就是 H＋濃度增為原來 10 倍，故需再添加原來莫耳數的 9 倍。若原來 H＋莫耳數愈少，所需濃鹽酸的滴數也就愈少。庚杯較濃，其 H＋莫耳數為己杯的 10 倍，故所需的濃鹽酸莫耳數為己杯的 10 倍，同理，庚杯所需的濃鹽酸為戊杯的 100 倍，以此類推。 例題26 ―101.學測― 甲、乙、丙為三種不同濃度的鹽酸溶液，將不同體積的甲、乙、丙分別和過量的強鹼水溶液混合，反應後之總體積皆為 10 毫升。在反應完全後，所測得溶液之溫度變化（ΔT）如下圖所示。下列有關上述反應的敘述，何者錯誤？ (A)反應後，水溶液的溫度都升高 (B)反應後，水溶液的 pH 值都大於 7.0 (C)由反應可推知，此過量的強鹼水溶液為氫氧化鈉水溶液 (D)反應前，甲、乙與丙三種鹽酸的濃度大小順序為：甲＞乙＞丙 (E)反應前，若甲溶液的體積為 4 毫升，則反應後溫度約可增高 4 ℃。答案：(C) 解析：(A)水溶液中，酸與鹼的中和反應必放熱，故溫度升高。 (B)因強鹼為過量，故反應後溶液之 pH 值均大於 7.0。 (C)不一定，也可能為 KOH 或 Ba(OH)2 等其他強鹼。

(23)

1-4.5 強酸與強鹼的中和反應

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 NH4OHNH4+ + 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+

(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）

(25)

第 1 章物質的組成 -25- 例題27 ―86.推甄― 將 pH＝0.0 的鹽酸 1 mL 與 pH＝13.0 的氫氧化鈉溶液 10 mL 混合後，溶液的 pH 值為何？ (A) 13 (B) 7 (C) 6.5 (D) 1。答案：(B) 解析：鹽酸（HCl(aq)）的 [H＋ ]＝10－0＝1（M）氫氧化鈉溶液（NaOH(aq)）的 [H ＋ ]＝10－13（M） →其 [OH－ ]＝10 −14 10−13＝0.1（M）混合時，來自酸液的 H＋與來自鹼液的 OH－中和 → H＋＋OH－ → H2O 來自酸液的 H＋莫耳數 1

×

1 1000＝來自鹼液的 OH －莫耳數 0.1 × 10 1000，兩者恰好完全反應，故水溶液中僅剩解離自水的 H＋與 OH－。因 H2O → H＋＋OH－，故混合液的 [H＋ ]＝[OH－] → pH＝7 例題28 ―88.推甄― 阿司匹靈是脂溶性的，人體非常容易經由胃壁吸收。當服用過量的阿司匹靈而中毒時，可以利用酸鹼中和的原理，立即灌入大量稀釋的小蘇打（碳酸氫鈉）水急救。那麼阿司匹靈應該是下列哪一種酸鹼？ (A)強酸 (B)強鹼 (C)弱酸 (D)弱鹼。答案：(C) 解析：(C)酸性藥物中毒時，因其在酸性尿液下以非解離形式存在居多，容易被腎小管再吸收而回到體內，再度增加其血中濃度，故阿司匹靈中毒，應服用碳酸氫鈉（NaHCO3）來鹼化尿液，使阿司匹靈等酸性藥物在鹼性尿液中以解離型式（水溶性較大）存在，以加速其被鹼性尿液排出體外。 例題29 ―91.學測― 除了氫氧化鋁，下列哪一種化合物也適合作為胃藥的成分？ (A) Mg(OH)2 (B) KOH (C) NH4Cl (D) NaCH3COO。

答案：(A) 解析：胃藥必須是鹼性物質，才能中和過多的胃酸；但胃藥不可以是強鹼，否則會腐蝕細胞、組織 →故選(A) 例題30 ―91.學測― 有一胃病患者，檢查顯示其胃液中含氫氯酸的濃度約為 0.060 莫耳∕升，用含氫氧化鋁 Al(OH)3 的胃藥中和，反應式如下：Al(OH)3＋3HCl → AlCl3＋3H2O (1)若此病人共分泌出 0.3 升的胃液，需服用多少克的氫氧化鋁，恰可中和胃酸？（原子量：H＝1.0，O＝16.0，Al＝27.0） (A) 0.26 (B) 0.47 (C) 1.4 (D) 4.2。 (2)除了氫氧化鋁，下列哪一種化合物也適合作為胃藥的成分？ (A) Mg(OH)2 (B) KOH (C) NH4Cl (D) Na(CH3COO)。

答案：(1)(B)；(2)(A) 解析：(1)假設需 x 克氫氧化鋁，則由 Al(OH)3＋3HCl → AlCl3＋3H2O 1：3＝(x/78)：0.060 × 0.3，解得 x＝0.468≒0.47（克） (2)常見之制酸劑有氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化鋁與氧化鎂。 (B) KOH 為強鹼，不適用作為胃藥的成分。 (C) NH4Cl 為酸性鹽類，也不適用。 (D) Na(CH3COO) 為鹼性鹽類，但也不適用。

(26)

第 1 章物質的組成 -26- 例題31 ―92.學測補考― 胃壁會分泌鹽酸（HCl），使胃液之 pH 值維持在 2.3（氫離子濃度 5 × 10－3_{M）左右，以利消化食} 物。當胃酸過多時會造成胃痛，需服用制酸劑。現有某病患胃液之 pH 值降到 2。根據上述內容， 回答下列問題： (1)該病患服用的制酸劑，其所含的有效成分 Mg(OH)2（式量＝58）需達多少毫克，才能使 1 升胃液的 pH 值恢復至正常值 2.3？ (A) 116 (B) 145 (C) 232 (D) 290 (E) 320。 (2)承上題，若改服用其他制酸劑，則下列哪一種有效成分所需的質量最少？ (A) CaCO3（式量＝100） (B) NaHCO3（式量＝84）

(C) Al(OH)3（式量＝78） (D) MgCO3（式量＝84）。答案：(1)(B)；(2)(C) 解析：(1)因 pH＝2.3，即 [H＋ ]＝5 × 10－3 M；而 pH＝2，即 [H＋]＝10－2 M 故 1 升的胃液中，pH＝2，即含有 H＋的莫耳數＝10－2_莫耳需 OH－的莫耳數＝5 × 10－3_{莫耳才能使胃液的 pH 值升為 2.3} 因此需要 58×(5×10−3) 2 = 0.145(𝑔)＝145（mg） (2)(A)由 CaCO3＋2H＋ → Ca2＋＋CO2＋H2O，則需要碳酸鈣的質量為 5×10 −3 2 × 100＝0.25（克） (B)由 NaHCO3＋H＋ → Na＋＋CO2＋H2O，則需要碳酸氫鈉的質量為（5 × 10－3） × 84＝0.42（克） (C)由 Al(OH)3＋3H＋→ Al3＋＋3H2O，則需要氫氧化鋁的質量為 5×10 −3 2 × 78＝0.13（克） (D)由 MgCO3＋2H ＋ → Mg2＋＋CO2＋H2O，則需要碳酸鈣的質量為 5×10−3 2 × 84＝0.21(g) 例題32 ―92.指考― 於氫氧化鈉溶液中通入了足夠的二氧化硫，所得產物經過純化結晶後，可得下列哪一種化合物（未表明結晶水）？ (A) NaHSO2 (B) Na2SO3 (C) Na2SO4 (D) Na2SO5 (E) Na2S2O3。

答案：(B) 解析：2NaOH＋SO2→ Na2SO3＋H2O 例題33 ―97.指考― 室溫時，若將 20 mL 的 4.0 × 10－2_{M HCl 溶液與 40 mL 的 5.0 × 10}－3_{M NaOH 溶液，均勻混合，則} 混合後溶液的 pH 值最接近下列哪一個數值？ (A) 2.0 (B) 3.5 (C) 7.0 (D) 8.0 (E) 9.5。 答案：(A) 解析：酸鹼中和反應為：強酸＋強鹼 →鹽＋水，過量試劑與限量試劑反應後，剩下的強酸（或強鹼）毫莫耳數，除以混合溶液的總體積（毫升），等於強酸（或強鹼）的體積莫耳濃度，然後再轉換成 pH 值。（假設溶液體積可加成，溫度維持室溫，並且水的自解離可忽略）即 HCl(aq) ＋ NaOH(aq) → NaCl(aq) ＋H2O()

初始 20 × 4.0 × 10－2 ＝0.8（mmol） 40 × 5.0 × 10－3 ＝0.2（mmol）反應－0.2 －0.2 ＋0.2 ＋0.2 平衡 0.6 0 0.2 0.2 剩下的強酸：[H＋ ]＝ 0.6 20+40＝0.01（M）→pH＝－log[H ＋ ]＝－log0.01＝2.0

(27)

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) + Na2CO3(s) → Na2SO3(s) + CO2(g)

1-4.6 酸鹼指示劑

酸鹼指示劑 1. 定義：隨著溶液 pH 值的變化而變色，可藉此決定溶液酸、鹼程度的物質，稱為酸鹼指示劑。 2. 原理：酸鹼指示劑本身通常是弱酸或弱鹼，在溶液中會和 H+或 OH－有不同程度的化學反應，造成顏色改變。 (1) 酸鹼指示劑（HIn）在水中會部分解離：HIn  H+ + In－ (2) HIn 和 In－的顏色不同：HIn 為酸型顏色，In－為鹼型顏色。

(3) 酸性環境下，反應向左進行：In－減少，HIn 增加，主要看到 HIn 顏色 (4) 鹼性環境下，反應向右進行：In－增加，HIn 減少，主要看到 In－顏色 3. 常見種類：注意 pH 值變色範圍 (1) 不同的指示劑，變色範圍不同。以甲基紅為例： a. pH < 4.4：溶液呈現紅色。 b. pH > 6.2：溶液呈現黃色。 c. 4.4 < pH < 6.2：溶液呈現紅、黃混合的顏色，即為橙色。 4. 用途：檢驗物質的酸鹼性；酸鹼滴定實驗中，顯示滴定終點。 5. 實驗室常用來決定 pH 值之器材： (1) 廣用酸鹼指示劑、試紙： a. 多種酸鹼指示劑的混合劑，可在較大的 pH 值範圍下，呈現明顯且易於判斷的顏色轉變。 b. 缺點：指示劑顏色的變化較為主觀，誤差因人而異。 (2) 酸鹼度測定計（pH 計）：精準測量溶液之 pH 值。

(28)

第 1 章物質的組成 -28- 【科學知識家】  不同酸鹼指示劑，在溶液中會和氫離子或氫氧根離子有不同程度的化學反應，因而造成其不同顏色的改變。  指示劑本身也是酸或鹼，加入太多會直接消耗或增加待滴定的酸或鹼，影響滴定終點的準確性。 【科學知識家】酸鹼指示劑 酸鹼指示劑本身為一種弱的有機酸（HIn）或弱的有機鹼（In），在溶液中部分解離，以平衡狀態存在，如式所示。由於酸鹼指示劑之共軛酸鹼對（HIn/In）各具不同顏色，因此隨著溶液的 pH 值 的改變，溶液的顏色亦隨而變化： 1. 酞類指示劑：此類指示劑在酸性溶液中大部分是無色，鹼性則顯示不同顏色。 HIn + H2O  H3O+ + In －  酸性顏色 鹼性顏色 Ka = 3 [H O ][In ] [HIn]    a 3 [H O ] K  = [In ] [HIn]   當溶液中[HIn]≧10[In－ ]時，肉眼可看出酸性指示劑的顏色，即[H3O+]≧10Ka， pH≦pKa － 1，可見到指示劑帶酸性顏色； 同理，當 pH≧pKa + 1，可見到指示劑帶鹼性顏色，由此可知， 指示劑顏色變化的範圍在 pH = pKa ± 1 之間： 因此一般酸鹼滴定於選擇指示劑時，若溶液當量點的 pH 值介於指示劑 pKa ± 1 的變色範圍內，那 麼該指示劑就可用在這個滴定反應上。

(29)

第 1 章物質的組成 -29- 例題34 ―83.日大― 有三種未標示之無色溶液甲、乙、丙，假設這三種溶液各為酸、鹼及酚酞。取少量甲溶液與少量乙溶液混合，呈紅色。但甲溶液或乙溶液與丙溶液混合均不呈色，則丙溶液為 (A)酸 (B)鹼 (C)酚酞 (D)無法判斷。 答案：(A) 解析：酚酞在酸性、中性或微鹼溶液中均呈無色，在 pH 值大於 10 的水溶液中才呈紅色；故甲與乙兩溶液必為鹼和酚酞→丙必為酸 例題35 ―89.推甄― 紫甘藍又稱紫色高麗菜，可作沙拉冷盤生食。其所含的多種天然色素，可用沸騰的熱水浸泡萃取。由此所得的紫甘藍汁會隨環境不同，呈現多種顏色，隨 pH 值改變的顏色如下表： pH 值 2 4 6 8 10 12 顏色紅粉紫藍紫綠青草綠黃 (1)將紫甘藍汁加入與胃液的 pH 值相當的溶液中，呈現的顏色為何？ (A)紅 (B)粉紫 (C)藍紫 (D)綠青 (E)黃。 (2)烹炒青菜時，常希望看到一盤綠意盎然的青菜。紫甘藍色素遇到下列哪一種物質最有可能顯出綠色？ (A)白砂糖 (B)食醋 (C)沙拉油 (D)食鹽 (E)小蘇打粉。答案：(1)(A)；(2)(E) 解析：(1)胃液中含有鹽酸，pH 值約在 2 附近，故使紫甘藍汁呈紅色。 (2)欲使紫甘藍汁呈綠色，其 pH 值約在 8 ～ 10 附近，故需加入弱鹼性物質，(A)、(C)、(D) 為中性；(B)為酸性；僅(E)為弱鹼性。 例題36 ―96.學測― 三支試管分別裝有稀鹽酸、氫氧化鈉溶液及氯化鈉水溶液，已知各溶液的濃度均為 0.1 M，但標籤已脫落無法辨認。今將三支試管分別標示為甲、乙、丙後，從事實驗以找出各試管是何種溶液。實驗結果如下： (1)各以紅色石蕊試紙檢驗時只有甲試管變藍色。 (2)加入藍色溴瑞香草酚藍（BTB）於丙試管時，變黃色。 (3)試管甲與試管丙的水溶液等量混合後，上述兩種指示劑都不變色，加熱蒸發水分後得白色晶體。試問甲試管、乙試管、丙試管所含的物質依序為下列哪一項？ (A)鹽酸、氯化鈉、氫氧化鈉 (B)氫氧化鈉、氯化鈉、鹽酸 (C)氯化鈉、鹽酸、氫氧化鈉 (D)鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉。答案：(B) 解析：由(1)知甲為鹼，由(2)知丙為酸，由(3)甲與丙混合後，指示劑都不變色，為中性，故選(B)。

(30)

第 1 章物質的組成 -30- 例題37 ―98.學測― 下圖之甲、乙兩條曲線是以鹼性水溶液，分別滴定兩個酸性水溶液的 pH 值變化圖，而丙、丁兩條曲線則是以酸性水溶液分別滴定兩個鹼性水溶液。試問上述哪些酸鹼滴定反應，適合以酚酞作為指 示劑？ (A)甲乙丙丁 (B)乙丙丁 (C)甲乙丁 (D)甲丙丁 (E)甲乙丙。答案：(E) 解析：25 ℃時，以酚酞作為酸鹼指示劑測試溶液，pH 值小於 8.2，為酸性、中性與弱鹼性時呈無色；pH 值大於 10.0，為鹼性時呈紅色；其在指示顏色與變色的範圍是 pH 值等於 8.2 ～ 10.0 ，由無色變為淡紅色。由題圖可知，酸鹼滴定達當量點時 pH 值的變化，可選取適當指示劑的變色範圍：甲曲線約為 pH＝7.0 ～ 11.5、乙曲線約為 pH＝3.0 ～ 11.5、丙曲線約為 pH＝ 11.0 ～ 3.0、丁曲線約為 pH＝6.5 ～ 3.0，因此只有甲、乙、丙三曲線涵蓋了酚酞的變色範圍，而丁曲線則超出其變色範圍。 例題38 ―99.學測― 事先配好甲與乙兩杯溶液，如下表(一)。表(一) 酸或鹼濃度體積（mL）指示劑甲杯 HCl 0.1 M 30 BTB 乙杯 NaOH 0.2 M 20 PP 甲杯為 0.1 M 的鹽酸溶液 30 毫升，滴有指示劑溴瑞香草酚藍（BTB），呈黃色。乙杯為 0.2 M 的氫氧化鈉溶液 20 毫升，滴有指示劑酚酞（PP），呈粉紅色。指示劑的顏色變化如下表(二)。表(二) 指示劑酸型顏色變色範圍（pH 值）鹼型顏色備註 BTB 黃 6.2 ～ 7.6 藍中性為綠色 PP 無 8.2 ～ 10.0 粉紅中性為無色 (1)若將乙杯的溶液邊攪拌邊慢慢地倒入甲杯中，則甲杯內溶液的顏色，會由黃色先變為 X 色，再多加一點乙杯的溶液，則變為藍色。試問 X 是什麼顏色？ (A)黃 (B)綠 (C)無 (D)紫 (E)粉紅。 (2)若將乙杯的溶液全部倒入甲杯，則溶液變為什麼顏色？ (A)黃 (B)綠 (C)無 (D)紫 (E)粉紅。答案：(1)(B)；(2)(D) 解析：(1)若將乙杯的氫氧化鈉溶液邊攪拌邊慢慢地倒入甲杯的鹽酸溶液中，甲杯溶液的 pH 值將愈來愈高，則甲杯內溶液的顏色，會由黃色先變為 X 色，X 色為綠色，再變為藍色。 (2)若將乙杯的 0.2 M 氫氧化鈉溶液 20 毫升，全部倒入含 0.1 M 鹽酸溶液 30 毫升的甲杯中，則因鹼過量，故溶液呈鹼性，酚酞在鹼中呈粉紅色，溴瑞香草酚藍在鹼中呈藍色，兩者混合則呈紫色。

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第 1 章物質的組成 -31- 例題39 ―98.指考― 本題組與下述酸鹼實驗有關： 步驟一、在五個 150 mL 的燒杯中，依表(一)分別滴入試劑（示意如下圖）。表(一) 各杯溶液的配備杯號試劑滴數備註 1 NaOH 1 (1) NaOH 與 HCl 均_{為 3.0 M 的水} 溶液 (2) BTB 是 0.4％的溴瑞香草酚藍溶液 (3) PP 是 0.4％的酚酞溶液 (4)每滴體積相等，均為 0.10 mL 2 HCl 2 3 BTB 3 4 NaOH 4 5 PP 5 步驟二、在各杯內滴入試劑後，倒 80 mL 的蒸餾水於 5 號杯，得無色溶液。步驟三、將 5 號杯的無色溶液，全部倒入 1 號杯，則溶液立即呈現粉紅色。步驟四、將 1 號杯的粉紅色溶液，倒 60 mL 於 2 號杯，結果溶液褪為無色。步驟五、將 2 號杯的無色溶液 60 mL，全部倒入 3 號杯，結果溶液變為 x 色。步驟六、將 3 號杯的 x 色溶液，倒 20 mL 於 4 號杯，結果溶液變為紫色。參考下表(二)指示劑的顯色，回答下列各題。表(二) 指示劑的顯色指示劑酸性中性鹼性 BTB 黃綠藍酚酞無無粉紅 (1)試問 x 是什麼顏色？ (A)黃 (B)綠 (C)藍 (D)紫 (E)粉紅。 (2)將做完步驟六後的所有杯中溶液倒在一起，結果溶液會呈現什麼顏色？ (A)黃 (B)綠 (C)藍 (D)紫 (E)粉紅。答案：(1)(A)；(2)(D) 解析： (1)原來之 1 號杯中有 1 滴的 NaOH；2 號杯中有 2 滴的 HCl；在步驟四中將 1 號杯的粉紅色溶液倒 60 mL 於 2 號杯，會發生酸鹼中和反應，但因 HCl 比 NaOH 為多，此時溶液為酸性，因 BTB 在酸中呈現黃色，故結果變為黃色 (2)原來之 1 號杯中有 1 滴的 NaOH；2 號杯中有 2 滴的 HCl，4 號杯中有 4 滴的 NaOH；則將所有溶液倒在一起時，因 NaOH 比 HCl 為多，溶液呈鹼性，因酚酞在鹼中呈粉紅色，溴瑞香草酚藍在鹼中呈藍色，兩者混合則呈紫色。