選修化學
第四章 水溶液酸、鹼、鹽的平衡
2013 年 05 月彙編第一節 布忍司特－洛瑞酸鹼理論
適用於較廣範圍的化學物系，包含水溶液系及非水溶液系 一、酸鹼的反應是一種 質子轉移 的反應，酸是提供質子者，即質子予體 (proton donor)， 鹼是接受質子者，即 質子受體 (proton acceptor)，此稱布忍司特－羅瑞學說 (Bronsted-Lowry theory)。 二、依布忍司特－羅瑞理論，一酸與一鹼反應形成另一鹼與另一酸，正反應之酸與逆 反應之鹼只以一個 質子 相異。所產生的鹼和酸與原來的酸和鹼互稱為 ___ 。 HA ＋ B－ HB ＋ A－ HA 之共軛鹼為 。 （ ） （ ） （ ） （ ） B－ 之共軛酸為 。 三、 較強的酸放出 H+後變成較弱的鹼 各形成其共軛酸鹼對 較強的鹼接受 H+後變成較弱的酸 《例如》 H2SO4之共軛酸為 ，共軛鹼為 H2O 之共軛酸為 ，共軛鹼為 《例如》 酸性：HCl＞CH3COOH＞H2O ∴鹼性：Cl－ CH 3COO－ OH－。 四、平衡方向利於弱酸、弱鹼之生成方向 即強酸＋強鹼 → 弱酸＋弱鹼 酸性：HA＞HB 鹼性：B－＞A－ 酸性：HA＜HB 鹼性：B－＜A－ 《例如》CH3COO－＋H2O CH3COOH＋OH－ 利於向 反應。 五、平常我們觀念中的酸鹼均指 絕對的酸鹼 。 布－羅學說是 相對的酸鹼 。 HA ＋ B－HB ＋ A－ 若 若 競相爭取 H＋ 競相釋出 H＋ 則反應傾向右方 則反應傾向左方HClO4 ＋ H2SO4 ClO4－＋ H3SO4+ ( ) ( ) ( ) ( ) H2SO4 ＋ H2O HSO4－ ＋ H3O+ ( ) ( ) ( ) ( ) NH3 ＋ H2O NH4+ ＋ OH－ ( ) ( ) ( ) ( ) H2O ＋ H2O H3O+ ＋ OH－ ( ) ( ) ( ) ( )
補充:
路以士酸鹼理論： 此理論較前兩者更廣泛，不限任何溶劑系統，不限質子得失，只要含電子對的收授就可 定義酸鹼 一、 Lewis 酸：能接受未共用電子對而形成配位鍵之分子或離子稱為酸；即酸是 電子對受體。 二、 Lewis 鹼：能供給未共用電子對而形成配位鍵之分子或離子稱為鹼，即鹼是 電子對予體。 如： 1. BF3 ＋ F－ BF4－ 酸 鹼 2. Ag+＋ 2 CN－ Ag(CN) 2－ 酸 鹼 3. NH3 + H+ NH4+ ( ) ( ) 【範例 1】 依布忍司特－羅瑞定義，於下列反應式指出何者為酸？何者為鹼？ (a) HOAc ＋ CN－ → HCN ＋ OAc－(b) HSO4－＋ HPO42－ → SO42－＋ H2PO4－
(c) NH3 ＋ O2－ → NH2－ ＋ OH－
【範例 2】
下列哪些為共軛酸鹼對？
(A) H2CO3（aq），CO2（aq） (B) HCl（aq），Cl(aq)
(C) NH3（aq），CH3COOH（aq） (D) HClO4（aq），HClO3（aq） (E) NH3（aq），NH4(aq)
。 Ans ： BE 【範例 3】 (1)定義共軛酸鹼對，並舉出二例。
(2)如同水，雖然氨在水溶液中常表現鹼之性質，氨也能表現酸之性質。當其作為酸或作為鹼 時，指出其共軛鹼或共軛酸為何？ (3)寫出下列各酸之共軛鹼：H O3 、HS－、HSO4－、CH NH3 3、HF、H3AsO3。 (4)寫出下列各鹼之共軛酸：OH－、HSO 4－、NO3－、HOAc、CO32－。 【範例 4】 化合物 化合物化學式 化合物在水溶液中共軛酸的化學式 (1)磷酸氫二鈉 (a) (b) (2)氟化鉀 (a) (b) (3)碳酸鈉 (a) (b) (4)碳酸氫鈉 (a) (b) 【範例 5】
HNO2 ＋ CH3COO－ NO2－＋ CH3COOH
H3PO4 ＋ NO2－ H2PO4－＋ HNO2 H3PO4 ＋ CH3COO－ H2PO4－＋ CH3COOH 上列反應皆有利於生成物，試排列其布忍司特－羅瑞酸強度順序為何？ Ans ： H 3PO4＞ HNO2＞ CH 3COOH 【範例 6】 在H O3 ＋ OH－ H2O ＋ H2O 之反應中，根據共軛酸鹼學說那項為正確？ (A) OH－為鹼 (B) 3 H O 為酸 (C) H2O 為較強酸亦為較強鹼 (D) H2O 為較弱酸亦為較弱鹼 (E) H2O 不為酸亦不為鹼。 Ans ： AB D 【範例 7】 於 CH3COOH（aq）＋HS(aq) H2S（aq）＋CH COO3 (aq) 反應中，有關酸鹼之敘述，何者正確？
(A) HS－為酸，CH 3COOH 為鹼 (B) H2S 為 HS－之共軛酸 (C) CH3COO－為 CH3COOH 之共軛酸 (D) H2S 較 CH3COOH 酸性為弱，故反應之趨勢由右到左 (E) HS－較 CH 3COO－鹼性為強，故反應之趨勢由左到右。 Ans ： BE 【範例 8】 下列何者對H的結合趨勢最小？ (A) HS－ (B) CH
3COO－ (C) HSO4－ (D) CN－ (E) CO32－。
Ans ： C 【範例 9】 在 H3PO4(aq) ＋ HS(aq) H2S(aq) ＋ H PO2 4(aq) 反應中，有關酸鹼之敘述何者正確？ (A)HS－為酸，H 3PO4為鹼 (B) H2PO4－為 H3PO4之共軛酸 (C) HS－較 H 2PO4－鹼性為強，故反應趨勢由左到右 (D)此反應之平衡常數 K＜1。 Ans ： C 【範例 10】
在 CH3COO－ ＋ H2CO3 CH3COOH ＋ HCO3－平衡系中，
已知 CH3COOH 之 Ka＝1.8×10－5，H2CO3之 Ka＝4.4×10－7，則：
(1)平衡系有何種物質互相爭奪質子？ (2)平衡較有利於何方？ (3) CH3COOH、H2CO3，何者為較強之酸？ (4) CH3COO－與 HCO3－，何者為較強之鹼？ Ans ： (1) CH3COO－ 、 HCO3－ ； (2) 向左； (3) CH3COOH ； (4) HCO3－ 【範例 11】 根據布忍司特－羅瑞的理論，下列各分子或離子中，哪一種可做為酸亦可做為鹼？
(A) AlCl3 (B) NH2－ (C) HCO3－ (D) PO43－。
Ans ： C
【範例 12】
根據布忍司特－羅瑞的學說，下列那些可為兩性的分子或離子？
(A) H2O (B) NH3 (C)H O3 (D)NH4 (E) H2SO4 (F) H2PO4－ (G) HPO42－
(H) H2PO3－ (I) HPO32－ (J) H2PO2－。 Ans ： ABE FGH 【範例 13】 下列何反應是一種路以士酸鹼理論？ (A) NH3＋BF3 → H3NBF3 (B) NH3＋HCl C 6H6 NH4＋Cl－ (C) Ag＋＋2 S 2O32－ → Ag(S2O3)23－ (D) H2＋Cl2 → 2HCl (E) H＋＋OH－ → H 2O。 Ans ： AB CE
第二節 水的解離常數與水的離子積常數(K 與 K
w值)
一、水－極弱之電解質 1. 水之解離 － K 與 Kw值
(1) H2O(l) H＋(aq) ＋ OH－(aq) ΔH＝ 56 kJ/mol
平衡時 K＝
O H OH H 2 ＝ 。 (2) 因水僅有極微之電離，故[H2O]視為常數；[H2O]＝ 18 1000 ＝55.5 M， 則[H＋][OH－]＝ K× [H 2O]＝Kw (3) 在 24℃每升純水中僅含有 1.00×10－7mol 電離， 故[H＋]＝[OH－]＝ M。 α(電離度)＝ ％ 。 K(解離常數)＝ 。 Kw(離子積常數)＝ 。 2. 水的解離為吸熱反應，故溫度升高時平衡 移，[H2O] 、 [H＋] 、[OH－] 、α 、K 、Kw 。 溫度(℃) Kw 溫度(℃) Kw 溫度(℃) Kw 0 0.114×10－14 24 1.000×10－14 40 2.919×10－14 5 0.185×10－14 25 1.002×10－14 45 4.018×10－14 10 0.292×10－14 30 1.469×10－14 50 5.474×10－14 20 0.681×10－14 35 2.089×10－14 100 1.000×10－12 T＝24℃ Kw＝1×10－14 純水中[H＋]＝[OH－] 1×10－7M T＞24℃ Kw＞1×10－14 純水中[H＋]＝[OH－] 1×10－7M T＜24℃ Kw＜1×10－14 純水中[H＋]＝[OH－] 1×10－7M 3. pH、pOH、pKw(1)定義：pH ＝ －log[H＋]＝ log ] [ 1 H ∴[H ＋] ＝ 。 pOH ＝ －log[OH－]＝ log
] [ 1 _ OH ∴[OH －] ＝ 。 pKw ＝ －logKw。 (2)試證明：pKw ＝ pH ＋ pOH。 4. pH 值與溶液之酸鹼性 (1) 在 24℃之純水中[H＋]＝[OH－]＝10－7 M，即 pH＝pOH＝ (2) 在 24℃之水溶液中，若 pH＝7 則為中性；pH＜7 溶液則為酸性；pH＞7 溶液則為鹼性 (3) 在高於 24℃時 pH＋pOH＜14 純水中 pH＝pOH＜7 在低於 24℃時 pH＋pOH＞14 純水中 pH＝pOH＞7 [H＋]＝10－7 M [OH－]＝10－7 M pH＝7 pOH＝7 Kw pKw 25℃
中性
中性
中性
中性
＝10－14 ＝14 60℃ 0℃ 二、酸鹼性溶液加水稀釋 1. 在酸性溶液中加入水稀釋時[H＋] 、pH 。 但在 24℃時 pH 一定小於 。 2. 在鹼性溶液中加入水稀釋時[OH－] 、pH 。 但在 24℃時 pH 一定大於 。 【範例 1】 下列各水溶液中，[H＋]及[OH－]濃度和最小者為？(25℃時)(A) 10－6 M HCl
（aq） (B) 10－5 M KOH（aq） (C) 10－4 M HCl（aq） (D) 10－3 M KOH
（aq） (E) 10－2 M HCl（aq）。
Ans ： A 【範例 2】 在一定溫度下，當一水溶液之[H＋]及[OH－]發生連續性改變，[H＋]、[OH－]之關係何者正確？ (A) (B) (C) (D) [H＋] [H＋] [H＋] [H＋]
[OH－] [OH－] [OH－] [OH－]
Ans ： D 【範例 3】 40℃時，純水中之[H＋]為 2×10－7 M，則 40℃時水之解離常數為？ (A) 1×10－14 (B) 1.8×10－16 (C) 4×10－14 (D) 7.2×10－16。 Ans ： D 【範例 4】 已知 25℃，某溶液的 (1) pH＝6.5，(2) pOH＝5.7，求其[H＋]＝？ (已知 log 3.2＝0.5，log 5＝0.7) Ans ： (1) 3.2×10－ 7 M (2) 5.0×10－ 9 M 【範例 5】 血液的 pH 為 7.40，其氫離子濃度為何？
Ans
： 4×10－ 8 M
【範例 6】
24℃時，下列何水溶液 pH＋pOH＝14？
(A) 1 M NaCl (B) 1 M NaOH (C) 1 M CH3COOH
(D) 0.5 M NaNO3 (E) 2 M HCl。 Ans ： ( 全 ) 【範例 7】 溫度升高時 Kw增大，若 Kw＝1.0×10－14（24℃）、Kw＝49×10－14（100℃），則依此數據判 斷下列敘述何者正確？ (A) H2O H＋＋ OH－是放熱反應 (B) H2O H＋＋ OH－ ΔH＞0 (C) H＋＋ OH－ H 2O＋熱量(正值) (D)在 100℃時，純水的 pH＜7
(E)在水溶液中，[H＋]＝[OH－]＝ Kw時稱為中性，此時溶液中[H＋]＋[OH－]為最小值。
Ans ： BCDE 【範例 8】 100℃的水，假設其 Kw＝1.0×10－12，則下列之敘述何者為錯誤？ (A) 100℃之純水的 pH＝6 (B) pH＝7 的 100℃之水溶液為鹼性 (C) pH＝1 的 100℃及 24℃的溶液各有相同的[H＋] (D) pH＝1 的 100℃及 24℃的溶液各有相同的[OH－]。 Ans ： D 【範例 9】 下列有關於水溶液中的酸鹼性，何者正確？(24℃時水之 Kw＝1×10－14，100℃時 Kw＝1×10－
12) (A) 100℃時水之 pKw＜14 (B) 100℃時某水溶液之 pOH＝7，則此溶液呈中性 (C) 24℃時 10－8 M 的 HCl 水溶液，其 pH 值約為 8 (D) 100℃時 pH＝6 之水溶液呈鹼性。 Ans ： A 【範例 10】 一毫升 1.0 M 鹽酸加水稀釋時，溶液的 pH 值隨著溶液體積（V 毫升）的變化，可以下列何 種圖形表示？ Ans ： A 【範例 11】 鹽酸 A 的 pH＝2，鹽酸 B 的 pH＝4 (1)則 A、B 的[H＋]之比是 (A) 100：1 (B) 1：2 (C) 200：1 (D) 1：100。 (2)A 和 B 依等體積混合後，則 pH 值是 (A) 2 (B) 3 (C) 2＜pH＜3 (D) 6。 (3)若使 A、B 混合液的 pH＝3，則 A 和 B 的體積比是： (A) 1：1 (B) 1：2 (C) 1：9 (D) 1：10。 (4)若 A 的 pH 值由 2 增大為 4，則其[H＋]應 (A)增大為 2 倍 (B)增大為 100 倍 (C)減小為原來的 1/2 (D)減少為原來的 1/100。 (5)若把鹽酸 B 沖稀 1000 倍，則其 pH 值是 (A) 0 (B) 7 (C) 14 (D) ≒7。 Ans ： (1)A ； (2)C ； (3)D ； (4)D ； (5)D 【範例 12】
欲使 0.01 M 之 HCl 溶液的 pH 值與 pOH 值之比成為原有的 3 倍，則： (A)溶液中之[H+]變為 10－6 M (B) pH/pOH 值變為 3/2 (C)溶液約需稀釋成原有體積之 105倍 (D)以上皆非。 Ans ： D 三、強酸、強鹼混合計算 在 24℃時，酸中之[H+]＞10－7 M、鹼中之[OH－]＞10－7 M，當兩者混合時， [H+][OH－]＞Kw為不平衡狀態，必須進行 H＋＋OH－→ H 2O 反應，以降低兩者濃度而達 [H+][OH－]＝Kw之平衡狀態。吾人先令量少者用完，求量多者殘存之濃度，再代入 Kw 式，求量少者之濃度。 【範例 13】
0.100 mol 之 NaOH（s）溶於 0.100 升之 1.00 M HCl（aq）中，求[H+]＝？[OH－]＝？
Ans ： [ 〔 H 〕＝〔＋ OH － 〕＝ 10 － 7 M 【範例 14】 25℃，0.100 M HCl 50.0 mL 中加入 0.10 M NaOH：(1) 49.9 mL；(2) 50 mL；(3) 50.1 mL 時， 各溶液之[H+]＝？ Ans ： ( 1 )10 － 4 M ； ( 2 ) 10 －7 M ； ( 3 ) 10 － M10 【範例 15】
在 100 mL 1×10－4 M HCl 中：（設 20 滴＝1 mL） (1)滴入 1 滴 0.10 M 之 NaOH 後，溶液之[H+] ＝ ； [OH－] ＝ (2)滴入第二滴 0.10 M NaOH 後，溶液之[H+] ＝ ； [OH－] ＝ (3)滴入第三滴 0.10 M NaOH 後，溶液之[H+] ＝ ； [OH－] ＝ 。 Ans ： (1)5×10－ 5 M 、 2×10－ M10 (2)1× 10－ 7 M 、 1×10－ 7 M (3)2×10－ 10 M 、 5×10－ 5 M 【範例 16】 0.01 M 之 HCl 50 mL 與 0.02 M 之 NaOH 若干毫升反應，才能使 pH＝3？又此時[OH－]＝？ Ans ： 21.4 mL ； [ OH － ] ＝ 10 － 11 M 【範例 17】 將 0.05MH2SO4溶液 30 mL 和 0.1 M NaOH 溶液 40 mL 混合。該混合溶液中和各離子濃度大小 的正確次序應為： (A) [OH－]＞[Na+]＞[SO
42－]＞[H+]
(B) [Na+]＞[SO
42－]＞[OH－]＞[H+]
(C) [Na+]＞[OH－]＞[SO
42－]＞[H+]
(D) [SO42－]＞[Na+]＞[H+]＞[OH－]
(E) [SO42－]＞[OH－]＞[Na+]＞[H+]。
Ans ： B
1. 在 24℃時有關純水的下列敘述中，何者有誤？ (A) [OH－]＝[H＋]＝10－7 M (B)解離常數 K＝1×10－14 (C)水是極弱的酸也是極弱的鹼 (D)純水幾乎不導電。 2. 室溫時，pH＝7.0 的純水 100 毫升中含有氫離子數約為 (A) 6.0×1015個 (B) 6.0×1016個 (C) 3.3×1017個 (D) 6.0×1018個。 3. 有關純水，下列敘述何者錯誤？ (A)水可以當作酸也可以當作鹼 (B)水分子間有氫鍵存在 (C)在常壓時，4℃的水密度最大 (D)無論溫度高低，[H＋] ＝10－7 M (E)無論壓力大小，沸點都為 100℃。 4. 有關於純水的解離，下列各項說明何者為錯誤？ (A)水是一種極弱的酸 (B)水的酸解離平衡常數等於鹼解離平衡常數 (C)水的解離平衡常數隨溫度升高而增大 (D) 60℃時，水的 pH 值為 6.5，則[OH－] ＝10－7.5M (E)水的莫耳濃度隨溫度升高而增大 5. 在 100℃，純水的 pH 值是 6.12，則 OH－離子濃度是？ (A)10－7.38莫耳／升 (B)10－6.12莫耳／升 (C)10－7.00莫耳／升 (D)10－6.00莫耳／升。 6. 在 65℃，純水 pH＝6.5，此溫度時 pH＝2 的水溶液中[OH－]若干 M？ (A) 10－12 (B) 10－11 (C) 10－8.5 (D) 10－6.5。 7. 若 t℃時，水之 Kw＝1.0×10－12，在 t℃時，下列敘述何者正確？ (A) t＞24 (B)純水 pH＝6＝pOH (C)純水 pH＝6，pOH＝8 (D)若 pOH＝6.5，其溶液為酸性 (E) 0.10M NaOH 溶液的 pH＝13。
，下列敘述何者正確？ (A)在 80℃時，純水之 pKw＞14 (B)在 65℃時某水溶液之 pOH＝7，則此溶液之 pH＜7 (C)在 4℃時，純水之 pOH＜7 (D)在 80℃時，鹼性溶液的 pOH + pH＞14。 9. 已知水在 8℃時之 Kw是 24℃時之 1/4，水在 1℃時之 Kw是 24℃之 1/8，則： (A) 8℃時，pH＝7 為酸性溶液 (B) 1℃時，pH＝7 為鹼性溶液 (C) 8℃的純水，pH＝7.3 (D) 1℃之純水，pH＝7.3 (E)溫度增加時，純水之 pH 值增加。(log 2＝0.30) 10. 在 pH＝1.0 的鹽酸溶液中加入同體積，pH 為 14.0 的氫氧化鈉溶液時，此混合液的 pH 應 近於何值？ (A) 2 (B) 7 (C) 12 (D) 14。 11. 以下敘述何項正確？ (A) 50℃的純水，pH＋pOH＜14 (B) 10－8 M HCl，其 pH＝8 (C) 30℃純水之 pH 小於 20℃純水之 pH (D) pH＝2 的溶液，其[H＋]為 pH＝3 溶液之 10 倍 (E) 40℃時[H＋] ＝10－7 M 的溶液呈中性。 12. 24℃ 1×10－4 M 之 NaOH 溶液加水稀釋 104倍後，下列關係何者正確？ (A) [OH－] ＞ [H＋] (B) pH＝6 (C) [OH－] ＜ [H＋]
(D) [OH－] ＝ [Na＋] (E) [OH－] ＝ [Na＋] + [H＋]。
13. 下列那些溶液 pH 值大於 7？ (A) 24℃ 10－8 M HCl (aq) (B) 100℃純水中 (C) 10℃純水中 (D) 24℃ 10－4 M NaOH 溶液加水稀釋 104倍後 (E) 0.01M H2SO4與同濃度、同體積 NaOH 之混合液。
牛刀小試解答
※
1. B 2. A 3. DE 4. DE 5. B 6. B 7. ABD 8. B 9. AC 10. D 11. ACD 12. AE 13. CD
第三節 酸鹼反應（中和）
一、中和反應的傳統表示法，是寫出反應物酸和鹼，及反應完成之後反應系統中所存在的物 質，不管所用的溶劑和離子反應為何。 酸 ＋ 鹼 → 鹽 ＋ 水 （加熱蒸發水可得 ____________ ） 二、酸鹼中和的離子方程式 1. 強酸+強鹼 2. 強酸+弱鹼 3. 弱酸+強鹼 4. 弱酸＋弱鹼 三、酸鹼中和熱 1. 酸鹼反應產生 1 莫耳的水所放出的熱量稱為酸鹼莫耳中和熱。 2. 由測量一般強酸和強鹼中和時所釋出的熱量，可以證實在中和時，只有氫離子和氫氧 根離子發生反應。 3. 一般強酸和強鹼反應產生 1 莫耳水，釋出同量的熱量（約 56.0KJ） 4. 弱酸和強鹼或弱鹼和強酸中和產生 1 莫耳水時，釋出的熱小於 56.0kJ。但若中和所 產生的鹽是不溶的，則形成每莫耳水時，釋放的熱量大於 56.0kJ，因為多釋出結晶 熱的關係。 5. 有機酸+強鹼 【範例 1】 將 0.2 M 之鹽酸 200 mL 放入一絕熱之容器中，測其溫度。然後將與鹽酸同溫度之 1.0 M 的氫
氧化鈉水溶液 40 mL 加入混合，再測其溫度。發現上升 2.20 K。設溶液 1 克之熱容量為 1 卡／ 克×K，且溶液之密度為 1 g／cm3。則中和熱應為若干仟卡／莫耳？ Ans ：－ 13.2 kcal ／ mol
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊牛 刀 小 試＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
1. 下列哪一水溶液反應可以 H+(aq)＋OH－(aq) → H2O 表示其淨反應？
(A) NaOH + HCl (B) NH3 + HCl (C) NH3 + CH3COOH (D) NaOH + CH3COOH。
2. 將濃硝酸、固體氫氧化鉀及硝酸鉀分別加入三杯水中，則有一杯之溫度微降低，其餘 二杯之溫度均上昇，則 (A)溫度降低的那一杯含氫氧化鉀水溶液 (B)溫度降低的那一杯含硝酸鉀水溶液 (C)將發熱的二杯溶液混合，則其溫度再次升高 (D)將發熱的二杯溶液混合，則其溫度降低 (E)溫度提高時，硝酸鉀在水中之溶解度增加。 3. 甲：NH3＋H2CO3；乙：NaOH＋HCl；丙：NaOH＋H2CO3；丁：Ba(OH)2＋H2CO3； 戊：Ba(OH)2＋H2SO4。以上各物均同體積、同莫耳濃度，則混合反應放熱大小順序為？ (A)戊＞丁＞丙＞乙＞甲 (B)甲＞乙＞丙＞丁＞戊 (C)戊＞乙＞丙＞丁＞甲 (D)戊＞丁＞乙＞丙＞甲。 4. 下列溶液混合反應後，何項放熱最多？ (A) 0.5M H2SO4 50mL + 1.0M NH4OH 50mL (B) 1.0M HCl 50mL + 1.0M NH4OH 50mL (C) 1.0M 醋酸 50mL + 1.0M NaOH 50mL (D) 0.5M H2SO4 50 mL + 1.0M NaOH 50mL (E) 1.0M 醋酸 50mL + 1.0M 氨水 50 mL。 5. H＋
(aq)＋OH－(aq) → H2O ΔH＝－56kJ，將 0.01 M NaOH 6 升和 0.01 M H2SO4 2 升混
合，最多放熱多少(kJ)？ (A) 1.12 (B) 1.68 (C) 2.24 (C) 3.36。
6. CH3COOH(aq)與 NaOH(aq)中和熱為 14.3 kcal/mol。用 0.5 M NaOH(aq) 20 mL 滴定 0.2 M
※
牛刀小試解答
※
1. A 2. BCE 3. D 4. C 5. C 6. 2
第四節 酸鹼滴定與指示劑
一、酸與鹼之克當量(E) 1. 酸之克當量：每釋出 1 mol H+所需酸的克數 2. 鹼之克當量：每釋出 1 mol OH－或接受 1 mol H+所需鹼的克數 二、克當量數（或稱當量數）： 三、當量濃度(CN)： 四、滴定法： 利用滴定管(Burets)將酸加入鹼液中或將鹼加入酸液中，其內加入合適之指示劑 (Indicator)，當指示劑顯示二者當量數相等時即達當量點或終點，以測定鹼或酸濃度 之程序，稱為酸鹼滴定。 1. 當量點： 在酸鹼滴定過程中，當溶液中的酸克當量數等於鹼克當量數時，稱為當量點(equivalent point)。此時酸鹼可完全反應產生鹽和水。 例：49 克 H2SO4(即 1 克當量)可與 40 克 NaOH(即 1 克當量)完全反應。 (1) 強酸與強鹼反應達當量點時 pH＝7 。 (2) 強酸與弱鹼反應達當量點時 pH＜7 。 (3) 弱酸與強鹼反應達當量點時 pH＞7，呈鹼性 。 (4) 弱酸與弱鹼反應達當量點時 (a) 若弱酸 Ka＞弱鹼之 Kb，則 pH＜7 呈酸性。 (b) 若弱酸 Ka＝弱鹼之 Kb，則 pH＝7 呈中性。 (c) 若弱酸 Ka＜弱鹼之 Kb，則 pH＞7 呈鹼性。 2. 中和點：酸鹼滴定時，當溶液之酸、鹼恰好中和而呈中性時，稱為中和點。此時酸 與鹼之克當量數不一定相等。 3. 滴定終點：滴定時，指示劑改變顏色的瞬間為滴定終止的點。滴定終點和當量點是 不一定相同的。 五、指示劑(Indicator) 凡物質其顏色對 之改變極為靈敏，可用以指示酸鹼滴定終點者，稱為酸鹼指示 劑。指示劑本身為一 ，大多數指示劑為一弱酸，可解離成 H+及 指示劑離子，(HIn H++In－)。 能作指示劑之弱酸，必須分子和離子之顏色 且易區別者。指示劑之變色範圍和其 酸
的解離常數 有關。若某指示劑 HIn，則 HIn H++In－，K
In＝1×10－5，則變色範圍約 pK
a ±1 ，即 5±1。
品 名 酸型顏色 變色範圍 （pH） 鹼型顏色 pK 滴定終點的顏色 橙 IV 紅 1.3~3.2 黃 2.3 橙 甲 基 橙 紅 3~5 黃 3.7 橙 甲 基 紅 紅 4~6 黃 5.0 橙 石 蕊 紅 5~8 藍 6.8 淡紫 酚 酞 無色 8~10 紅 8.8 粉紅 茜素黃 R 黃 10~12 紅 11 橙 靛 胭 脂 藍 11.6~13 黃 12.3 綠 六、滴定曲線圖實驗 1. 強酸和強鹼 以 0.100 M NaOH 滴定 50.0 mL 之 0.100 M HCl 為例 加入之 NaOH 體積 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 49.0 49.9 50.0 50.1 51.0 鹽酸溶液之 pH 1.00 1.18 1.37 1.60 1.96 3.00 4.00 7.00 10.00 11.00 2. 強酸滴定弱鹼： 3. 強鹼滴定弱酸： 七、指示劑的選用:
1. 強酸滴定強鹼： 2. 強酸滴定弱鹼： 3. 強鹼滴定弱酸： 八、酸鹼滴定之計算 酸之克當量數＝鹼之克當量數： NAVA＝NBVB V 以 L 計； 酸之毫克當量數=鹼之毫克當量數： NAVA＝NBVB V 以 mL 計； 【範例 1】
某一酸鹼滴定反應：H3PO4＋2NaOH→Na2HPO4＋2H2O 中，H3PO4之克當量為？(P＝31.0)
(A) 98.0 克 (B) 93.0 克 (C) 49.0 克 (D) 32.7 克。 Ans ： C 【範例 2】 取 0.8 克某酸溶於水中配成 200 毫升之溶液，若完全解離，測得[H+] ＝0.05 M，則 (A)此酸 1 克當量為 80 克 (B)此酸 1 克當量為 16 克 (C)此酸分子量為 80 (D)此酸分子量為 16 (E)此酸分子量無法確定。 Ans ： AE 【範例 3】 在滴定實驗中，被滴定液(未知濃度的溶液)最適合裝於下列哪種玻璃器皿中？ Ans ： B 【範例 4】
欲以 0.1 M NaOH 之標準溶液來滴定一未知濃度的醋酸溶液，所用的指示劑是 (A)酚酞 (B)甲基橙 (C)甲基紅 (D)石蕊。 Ans ： A 【範例 5】 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、酚酞。取少量甲溶液與少量 乙溶液混合，呈紅色。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。 Ans ： A 【範例 6】 下列四項有關酸鹼滴定的敘述，何者不正確？ (A)在酸鹼滴定中利用指示劑觀察到的終點與當量點不一定相等 (B)酸鹼滴定達到當量點時，溶液呈中性反應 (C)一般強酸強鹼的滴定可選用變色範圍在 pH 值 8～10 之間的酚酞當指示劑 (D)用 0.1 M 的 NaOH 溶液滴定 0.1 M 的鹽酸溶液，達滴定終點時，溶液會使石蕊試紙變淡紫 紅色。 Ans ： B 【範例 7】
CH3COOH(aq)以 NaOH(aq)滴定，下列何者敘述正確？
(A)其中和反應可以 H＋+ OH－→H 2O 表示 (B)生成 1 mol 的 H2O 放熱 56.0 kJ (C)達中和點所需之 NaOH 量比達當量點所需少 (D)可選用甲基紅為指示劑 (已知 H＋+ OH－→H 2O 之 ΔH＝ －56 kJ)。 Ans ： C 【範例 8】
0.1 M NaOH(aq) 100 mL，可完全中和 0.1 M H2SO4(aq) mL。 Ans ： 50 【範例 9】 純氫氧化鈉晶體 0.60 克投入某濃度的硫酸 30 毫升中，恰好中和，試求： (1)硫酸的當量濃度？ (2)蒸發後可得硫酸鈉若干克？(原子量：S＝32、Na＝23、O＝16、H＝1) Ans ： (1)0.5N ； (2)1.06g 【範例 10】 若干 3 M H2SO4溶液與若干 1 M NaOH 溶液混合所得的中性溶液中，Na2SO4的莫耳濃度約為 (A) 0.75 M (B) 0.68 M (C) 0.43 M (D) 0.36 M。 Ans ： C 【範例 11】 稱取某純固體單質子酸(HA) 2.44 克溶於水配成 250 mL，今量取該溶液 50 mL 以 0.1 N NaOH 溶液滴定至當量點時用去 40 mL，則該酸之分子量為多少？ Ans ： 122 【範例 12】
某固體二質子酸 H2A 2.440 克溶於水成 250 mL 溶液，取出 50 mL 以 0.10 N NaOH 溶液滴定， 達第二個當量點需 NaOH 40 mL，則該酸之分子量為？ (A) 61 (B) 122 (C) 183 (D) 244。 Ans ： D 【範例 13】 某二質子酸的酸式鉀鹽 9.4 g 溶於 25 mL 水中，加入酚酞 2 滴，然後以 2.0 N 的 NaOH 滴定到 溶液恰為淡紅色時，用去 NaOH 25 mL，則此酸可能為？(K＝39 ) (A) H2CO3 (B) H2SO4 (C) H2C2O4 (D) H3PO3 (E) C4H6O6。 Ans ： E 【範例 14】 食醋 20 克可與 1 N 氫氧化鈉溶液 10 毫升中和。食醋含醋酸之重量百分率為？ (A) 0.3％ (B) 2％ (C) 3％ (D) 6％。 Ans ： C 【範例 15】 維生素 C 分子式 C6H8O6(分子量 176 )為一元酸，某維生素 C 片 0.44 克需 0.10 M NaOH 20.0 mL 完成滴定，則片中維生素 C 的重量含率為？ (A) 80％ (B) 88％ (C) 44％ (D) 22％。 Ans ： A 【範例 16】
有關中和 1 M H2SO4 100 mL 的下列敘述何者正確？(NaOH＝40，Ba(OH)2＝171)
(A)需要氫氧化鈉 4 克 (B)需要 1 N Ba(OH)2 200 mL (C)需要 50％NaOH 16 克
(D)需要 Ba(OH)2 34.2 克 (E)需要二價鹼 9 克，則此鹼的式量為 90。 Ans ： BCE 【範例 17】 有三種溶液各 1 升，甲：0.1 M HCl、乙：0.1 M CH3COOH (Ka＝1.8×10－5)、 丙：0.1 M HCN(Ka＝7×10－10)。則用 0.1 M NaOH 滴定時， (1)達當量點所需 NaOH 體積大小順序為何？ (2)當量點溶液的 pH 值大小為何？ (3)達中和點所需的 NaOH 體積大小順序為何？ Ans ： (1) 相等； (2) 丙＞乙＞甲； (3) 甲＞乙＞丙 【範例 18】 下列何種滴定，其中和點所需體積小於當量點所需體積？
(A) 0.1 M HCl 滴定 0.1M NaOH 10 mL (B) 0.1 M NaOH 滴定 0.1 M CH3COOH 10 mL
(C) 0.1 M HCl 滴定 0.1 M NH3 10 mL (D) 0.1 M CH3COOH 滴定 0.1 M KOH 10 mL (E) 0.1 M KOH 滴定 0.1 M HCN 10 mL。 Ans ： BCE 【範例 19】 取俾胃壯 0.57 克置入 100 mL 水中，並加入指示劑，先加入 0.103 N 之 HCl 80.8 mL，再以 0.103 N 之 NaOH 反滴定，需 NaOH 43.9 mL，可知 0.57 克之俾胃壯所含之克當量數為？ (A) 3.80×10－3 (B) 2.37×10－3 (C) 1.37×10－2 (D) 7.31×10－3。 Ans ： A 【範例 20】
某二質子酸 0.50 克加水配成 50 mL 的溶液，以 0.20 N 之 NaOH 溶液滴定，滴入 30 mL 後， 發現過量，再加入 0.10 N 的 HCl 20 mL 時，恰好達當量點，求此酸之分子量。 Ans ： 250 【範例 21】 某一元弱酸 (Ka＝10－3～10－7)之溶液 100 毫升，以 0.50 N 氫氧化鈉溶液滴定後得滴定曲線如圖示： (1)該弱酸在滴定前的濃度是 M。 (2)滴定前該弱酸溶液中[OH－]離子濃度應為 M。 (3)當量點的 pH 值約為 。 (4)可選用何種變色範圍的指示劑？ Ans ： (1)0.1 ； (2) 10－ 11 ； (3)9 ； (4)7 ～ 11 【範例 22】 胃酸劑片中含有碳酸鈣、碳酸氫鈉及其他物質。今取 0.470 克胃酸劑片研磨成粉後，加入蒸餾 水 50 mL、溴甲酚綠指示劑及 0.102 N 鹽酸 40.0 mL(過量)，再予以攪拌煮沸約 3 分鐘，於冷 至室溫後以酚酞為指示劑，用 0.10 N NaOH 反滴定，需要 22.0 mL。 (1)碳酸鈣與碳酸氫鈉中何者是持續性制酸劑？為什麼？ (2)為何加入過量鹽酸後需予以煮沸？ (3)每片的胃酸劑片中所含鹼的克當量數為何？ Ans ： (3) 1.8 8×10－ 3 【範例 23】
〔實驗 I〕：取 0.05 M 草酸 H2C2O4水溶液 10.0 毫升於錐形瓶中，加入一滴酚酞為指示劑，從 裝有濃度為 C 之氫氧化鋇水溶液的滴定管中滴入 5.70 毫升氫氧化鋇溶液，始達當 量點 (終點)。 〔實驗 II〕：取此氫氧化鋇水溶液 10.0 毫升，通入含有氮、氧和二氧化碳 0℃、1 大氣壓的混合 體氣體 V 升，使其充分反應後，過濾並洗淨所產生的沉澱。所得的濾液及洗淨液 的混合水溶液用 0.10 M 的鹽酸溶液中和滴定，需要 12.0 毫升的該鹽酸溶液，始達 當量點。試問： (1)在實驗 I 中，滴定達當量點時酚酞指示劑呈什麼顏色？ (2)氫氧化鋇水溶液的濃度(C)為多少 M？ (3)在實驗 II 中，所得的沉澱為何物？ (4)在實驗 II 中，和氫氧化鋇水溶液反應的氣體有多少莫耳？ Ans ： (1) 粉紅色； (2)0.088M ； (3)BaCO3； (4)2.8×10－ 4 mol 【範例 24】 以甲基橙為指示劑，用氫氧化鈉溶液滴定磷酸溶液，此時：(原子量：P＝31) (A)磷酸 1 克當量為 3 98 克 (B)磷酸 1 克當量為 2 98 克 (C)磷酸 1 克當量為 98 克 (D)溶液為酸性 (E)溶液為鹼性 。 Ans ： CD
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊牛
刀 小 試＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
1. 0.20 M 之 NaOH(aq) 200 mL 用下列均為 0.50 M 的酸使其完全中和，何者所需的體積最少？
(A) HCl(aq) (B) H2SO4(aq) (C) HNO3(aq) (D) H3PO4(aq) (E) CH3COOH(aq)。
2. 下列有關滴定的敘述，何者正確？ (A)將強酸裝在滴定管滴定弱鹼，達到當量點時，溶液呈中性 (B)將強酸裝在滴定管滴定強鹼時，不能選用酚酞當指示劑 (C) 1.0 N 硫酸 500 毫升恰好可以中和同體積 1.0 N 氫氧化鈉溶液 (D)滴定終點和當量點一定是完全相同的。 3. 比重 1.8 含純 H2SO4 98％之硫酸 10 mL 稀釋至 1.0 升，取 10 mL 此稀釋液用 NaOH 溶 液滴定，恰用去 16 mL 達當量點，求 NaOH 之當量濃度。 4. 下列哪些方法有助於鑑別單質子強酸或單質子弱酸？ (A)比較兩者與 NaOH 中和之反應熱 (B)中和滴定時所需之 NaOH 之量比較(酚酞為指示劑) (C)測量水溶液之凝固點下降度數 (D)測量同濃度溶液的導電度 (E)加 Na2CO3於溶液中比較是否有 CO2生成。 5. 某工廠所排放之廢硫酸液，擬選擇下列物質與它中和，若要花最少的錢中和同量的廢硫 酸液，應選擇哪種鹼？ (A) CaCO3 (B) Ca(OH)2 (C) NH3 (D) NaOH。
鹼 分子量 每公斤市價(元) CaCO3 100 1.8 Ca(OH)2 74 2.0 NH3 17 6.5 NaOH 40 11.5 6. 0.2 M NaOH 60 mL 與 0.60 M HCl 40 mL 混合後，有關溶液中之敘述何者正確？(25℃) (A) [H+]＝0.12 M
(B) [OH－]＝8.33×10－14 (C) [H+] [OH－]＝10－14 M (D) [Cl－]＞[Na+]＝[H+]＞[OH－] (E) [OH－]＝0 M。 7. 用 0.1 N NaOH 滴定 0.1 N HCl 10 mL 時(NaOH 1 滴為 0.05 mL)，則： (1)當溶液呈現 pH 1.7 時，已用去 NaOH 若干 mL？ (2)在當量點的前 1 滴時 pH 為若干？ (3)在當量點的後 1 滴時 pH 為若干？ (4)當溶液呈現 pH 12.7 時，已滴下 NaOH 若干 mL？ 8. 以氫離子型陽離子交換樹脂交換氯化鈣試液 10 毫升中之鈣離子，所得溶液及洗液需用 0.1 N 氫氧化鈉 11.25 毫升方可中和，原先試液中氯化鈣濃度應為？ (A) 0.100 M (B) 0.113 M (C) 0.089 M (D) 0.056 M。 9. Na2CO3‧10H2O 與 NaHCO3的混和物 1.8 g 加水溶解，欲完全中和此水溶液需 0.75 N 的鹽酸 23 mL，求混和物中 NaHCO3的重量百分比(％)。 10. 某生吹出的呼氣 1000 mL(20℃，1 atm)被未知濃度的 Ba(OH)2 50 mL 完全吸收。反應後， 上層澄清液 25 mL 需用 0.1 N HCl 32 mL 中和。又實驗用的 Ba(OH)2 25 mL 需用 0.1 N HCl 50 mL 中和，試求： (1)呼氣與 Ba(OH)2反應的化學方程式如何寫法？ (2)本實驗所用 Ba(OH)2的容積莫耳濃度為若干？ (3)呼 氣 100 mL 中 CO2佔若干 mL？ 11. 濃度未知的三種酸液：硫酸、醋酸和鹽酸，各取 25.0 毫升，分別用 0.10 N 的 NaOH(aq) ～選修化學(上)第四章 水溶液酸、鹼、鹽的平衡 p28 ～
或 0.10 N 的 NH3(aq)滴定，得右圖的滴定結果。 酸鹼指示劑有甲基紅、石蕊、酚酞可供選用。 請回答下列問題： (1) 由圖中選出適當滴定曲線： (a) NH3(aq)滴定硫酸為 (b) NaOH(aq)滴定醋酸為 (c) NaOH(aq)滴定鹽酸為 (2) 由第 1 題的(b)與(c)的兩種滴定，可使用的共通指示劑應為何？ (3) 滴定前，硫酸，醋酸，鹽酸的莫耳濃度分別為若干 M？ 12. 以 0.10 N NaOH 標準溶液滴定 25.0 毫升 0.10 N HCl 溶液：首先取 25.0 毫升 0.10 N HCl 溶 液注入於 250 毫升錐形瓶中，再將 HCl 溶液以蒸餾水稀釋到 100 毫升，然後加入三滴適 當之指示劑。最後從滴定管滴加 0.10 N NaOH 標準溶液，直到溶液之顏色變化為止。試問： (1)稀釋到 100 毫升後，此 HCl 溶液的[H+]為多少？ (2)加入 10.0 毫升 0.10 N NaOH 標準溶液時，此溶液的[H+]為多少？ (3)在滴定當量點時，此溶液中氯化鈉濃度為多少？ (4)在當量點後，再滴加 1.00 毫升的 0.10 N NaOH 溶液時，此溶液的[H+]為多少？
※牛刀小試解答※
1. D 2. C 3. 0.225N 4. ACD 5. B 6. ABCD 7. (1)6.7 mL (2)pH 3.6 (3)pH 10.4 (4)30 mL 8. D 9. 52.7％ 10.(1)略；(2)0.1M；(3)4.32 11.(1)d、a、b；(2)酚酞；(3)0.08 M、0.06M、0.1M 12. (1)0.025 M；(2)1.36×10－2M；(3)0.02 M；(4)1.26×10－11M第五節 酸鹼強度的定量討論
同一濃度時，酸或鹼強度大小的比較，可依其所能游離出H離子或OH離子濃度的 大小而定。因此酸鹼強度可由酸或鹼之游離常數決定。 一、酸之強弱定義：HA H++ A HA + H2O H3O+ + A 1. 酸之強弱決定於 Ka 之大小或電離度 α 之大小，而非溶液中[H]之大小。 2. 對強酸而言，Ka 很大而 α 近於 100％，尤以HClO4為最強酸，這些強酸在水中幾乎 完全解離成H或 3 H O，如： 二、酸鹼強弱判斷 依游離度大小 1. 氫化物： (1) 同列元素之氫化物，愈右邊者，酸性愈強。 如： (2) 同族元素之氫化物，愈下邊者，酸性愈強。 如： 2. 氫氧化物： (1)金屬氫氧化物：除Be、Al、Cr、Zn、Sn、Pb等之氫氧化物為兩性外，其餘通常為 鹼性。 (2) 同列元素之氫氧化物，亦是愈右邊者，酸性愈強(鹼性愈弱)。 (3) 同族元素之氫氧化物，愈下邊者，鹼性愈強。 (4) 同一元素氧化數小者，鹼性愈強。 3. 非金屬氫氧化物 含氧酸之強弱判斷。 (HO XO)m n： 三、單質子酸(鹼)之解離平衡 依照阿瑞尼士學說： 依照布忍司特─羅瑞的學說： 平衡式：Ka＝ ] [ ] ][ [ HA A H 因為這一平衡常數反映了酸的游離情況，所以稱為酸的游離 常數，用Ka表示。
HA H++ A 【範例 1】 HF、CH COOH3 、C H COOH6 5 之Ka 值，分別為 6.7×10－4，1.8×10－5，6.6×10－5， 則F、 3 CH COO、C H COO6 5 之鹼性強弱依序為何？ 【範例 2】 0.1 M 之CH COOH3 水溶液，若其電離度百分率為1.3％，試求： (1)CH COOH3 之Ka。 (2)此溶液之[H]。 (3)pH 值。 (4)此溶液 100 mL 中大約含有H多少個？ Ans ： (1)1.69×10-5 (2)1.3×10-3 M (3)2.89 (4)7.8×1019 【範例 3】 假設某酸HA之電離平衡為 ，Ka＝4×10－7，今得0.025 mol 之HA溶於適量水配成 水溶液250 mL，求： (1)該溶液之莫耳濃度。 (2)溶液中之[H]。 (3)HA在該濃度時之電離％。 Ans ： (1)0.1 (2)2×10-4 M (3)0.2% 【範例 4】 某單元弱酸溶液1.0 M，測得pH ＝3.7，求 Ka 值。(log 2＝0.30)
Ans ： 4×10－ 8 【範例 5】 0.1 M 氫氟酸的游離百分率是 8％，則其 Ka＝ 。 Ans ： 6.9×10-4 【範例 6】 取苯甲酸1.22 g 溶成 1.00 升溶液。若知在 25℃時，其[H]＝8.0×10－4 M，試求 6 5 C H COOH 之Ka 及解離度？ Ans ： 6.9×10-5 ； 8% 【範例 7】 某單質子酸HA之Ka＝10－3，則0.1 M (aq) HA 之[H]＝ M。 Ans ： 0.0095M 【範例 8】 某單質子酸Ka＝10－5.0，則其濃度為10－5.0 M 之溶液的解離度約若干？ Ans ： 62.5% 【範例 9】 已知HCN之Ka＝7.2×10－10，試求1.0×10－5 MHCN溶液中[H]為若干M？ Ans ： 1.85×10－ 7 M 【範例 10】
已知25℃、CH COOH3 之Ka＝1.8×10－5，則0.5 M CH COOH3 (aq)中：
Ans ： (1)3×10－ 3 M (2)3.3×10－ 12 M (3)0.6% 【範例 11】 承範例 10 ，如加水使濃度變為 0.1 M，則[H]＝ ；[OH]＝ ； ＝ 。 Ans ： (1)1.34×10－ 3 M (2)7.46×10－ 12 M (3)1.34% 【範例 12】 於0.5 MHCl(aq)中：[H]＝ ；[OH]＝ ； ＝ 。 Ans ： (1)0.5 M (2)2×10－ 14 M (3)100% 【範例 13】 承範例 12 ，加水使成 0.1 M，則[H]＝ ；[OH]＝ ； ＝ 。 Ans ： (1)0.1 M (2)10－ 13 M (3)100% 結論 【範例 14】 若取A 溶液 10.0 mL 加水至 1000 mL 為 B 溶液，下列何者正確？ (A) A：HCl溶液pH ＝2 → B：pH ＝4 (B) A：CH COOH3 溶液pH ＝2 → B：pH ＝4 (C) A：HCl溶液pH ＝6 → B：pH ＝8 (D) A：NaOH溶液pH ＝10 → B：pH ＝8 (E) A：NaOH溶液pH ＝10 → B：pH ＝12。
Ans ： AD
【範例 15】 強酸： 弱酸：
下列四種酸溶液的濃度同為1 克當量/升。有關各酸溶液的氫離子濃度下列四種大小順序何者 正確？
(A)HCl＞H SO2 4＞H PO3 4＞CH COOH3 (B)HCl＜H SO2 4＜H PO3 4＜CH COOH3 (C)HCl＝H SO2 4＝H PO3 4＝CH COOH3 (D)HCl＝H SO2 4＞H PO3 4＝CH COOH3 。 Ans ： A 四、弱鹼： 1. 弱鹼為電解質，在水中會部分游離，產生氫氧根離子。有少數可以完全解離的鹼稱為強 鹼，常見的強鹼有 和 ( )。 2. 弱鹼解離平衡： 【範例 16】 0.1 M 的一元弱鹼游離百分率為 1％，求： (1)此一元弱鹼 Kb＝？ (2) 1 M 的此一元弱鹼游離百分率為若干？ Ans ： (1)10-5 (2)0.32% 【範例 17】 在25℃時，A 液與 B 液均為NH3(aq)，其濃度依次為0.10 M 與 0.40 M，又知NH3(aq)之 Kb＝1.6×10－5，求： (1) A 液之[H]為B 液之若干倍？ (2) A 液之解離百分率為 B 液之若干倍？ Ans ： (1)2 倍 (2)αA=2αB 【範例 18】 (1)已知甲胺(CH NH3 2)的 Kb＝4.0×10－4，試求1 M 甲胺溶液的pH 值。 (2)已知吡啶(C H N5 5 )的 Kb＝1.5×10－9，則0.20 M 吡啶溶液的pH 值為何？ Ans ： (1)12.3(2)9.24 【範例 19】 已知60℃時，純水的pH 值為6.5，且 5×10－2 M 之某一元弱鹼(MOH)水溶液的pH 值為
CH3COOH CH3COO + H+ 10，則該一元弱鹼在 60℃時的游離平衡常數 Kb 值為？ (A) 5×10－7 (B) 2×10－6 (C) 2×10－5 (D) 5×10－5。 Ans ： C 五、同離子效應： 1. 同離子效應：在弱電解質的溶液中加入共同離子時，該弱電解質的電離度因而減小 的效應。 2. 有關同離子效應的計算： 【範例 20】 在0.01 M 的醋酸水溶液中，加入固體醋酸鈉直至在溶液中其最終濃度為 0.1 M，則將發生何 種變化？ (A)醋酸在水中的解離平衡常數增大 (B)醋酸在水中的解離平衡常數減小 (C)最終溶液的 pH 值較最初的溶液為高 (D)最終溶液的 pH 值較最初的溶液為低。 Ans ： C 【範例 21】 之平衡系中，下列敘述何者正確？ (A)加入水時，電離度變小 (B)加入CH COONa3 時，電離度變大 (C)加入NaOH( )s 時，電離度變大 (D)加入HNO3時，電離度變大。 Ans ： C 【範例 22】 一溶液中含有0.10 M 氨水和 0.10 MNH Cl4 ，求此溶液的pH 值為若干？ (NH3之Kb＝1.8×10－5，log 1.8＝0.26 ) Ans ： 9.26 【範例 23】 取醋酸0.60 克溶成 1 升水溶液並加入 4.1 克之醋酸鈉，則溶液中之[H]＝ ；
[OH]＝ ；醋酸之 ＝ 。(已知醋酸之 Ka＝1.8×10－5) Ans ： (1)3.6×10 －6 M(2)2.78×10－ 9 M (3)0.036% 【範例 24】 承範例 23 ，再加水使成 10 升時，[H]＝ ；[OH]＝ ； 醋酸之 ＝ 。(已知醋酸之 Ka＝1.8×10－5) Ans ： (1)3.6×10 －6 M(2)2.78×10－ 9 M (3)0.36% 【範例 25】 試求0.200 M 醋酸在 0.100 M 鹽酸中的游離百分率。(已知醋酸之之 Ka＝1.8×10－5) Ans ： 0.018% 【範例 26】 將0.02 M 氫氯酸溶液 100 毫升與 0.20 M 醋酸溶液(Ka＝1.8×10－5) 100 毫升混合而得溶液 200 毫升。下列各項敘述何者正確？ (A)[H]約等於0.11 莫耳/升 (B)[H]約等於0.01 莫耳/升 (C)[CH COO3 ] 約等於 1.34×10－3 莫耳/升 (D)[CH COOH3 ]約等於0.1 莫耳/升 (E)[Cl]約等於0.02 莫耳/升。 Ans ： BD 【範例 27】 於0.1 M 之鹽酸溶液 1 升中加入 0.1 mol 之 CH3COOH，則[H]＝ ； 3 [CH COO]＝ ；醋酸之 ＝ 。(已知醋酸之 Ka＝1.8×10－5)
Ans ： (1)0.1M(2)1.8×10-5 M (3)0.018% 【範例 28】 承範例 27 ，再加水使成 10 升時，[H]＝ ； 3 [CH COO]＝ ；醋酸之 ＝ 。(已知醋酸之 Ka＝1.8×10－5) Ans ： (1)0.01M(2)1.8×10-5 M (3)0.18% 【範例 29】 由0.020 莫耳CH COOH3 與0.010 莫耳CH COONa3 溶於水所配成之200 mL 溶液中， 3 CH COOH 之解離度為x，由 0.040 莫耳CH COOH3 與0.050 莫耳HCl溶於水所配成之100 mL
溶液中CH COOH3 之解離度為y，則 x：y 之值約為若干？
Ans ： 10:1 【範例 30】 有三種單質子酸HA、HB及HC，它們在水中的游離常數Ka 分別為 3.20×10－7、7.5×10－8及 5.0×10－9。現各取0.100 莫耳之量，混合後溶成 1 升之水溶液，問此溶液中之[H]及[A]為何 Ans ： 2×10-4 M ， 1.6×10-4 M 【範例 31】
一溶液為0.1 MCH COOH3 (Ka＝1.8×10－5)和 0.2 MHCN (Ka＝4.8×10－10)之混合液， 求其[H]＝ ；[CH COO3 ]
Ans ： 1.34×10-3 M ， 1.34×10-3 M 7.16×10-8 M 【範例 32】 某種單質子酸(Ka＝1.0×10－5)的 0.1 M 溶液 50 mL 中加入 0.1 M 之NaOH溶液25 mL，該溶 液之pH 值為？ (A) 3.0 (B) 5.0 (C) 7.0 (D) 9.0。 Ans ： B 【範例 33】
已知苯甲酸(C H COOH6 5 )之 Ka＝6.4×10－5，乙酸(CH COOH3 )之 Ka＝1.7×10－5，試求： (1) 1 M C H COOH6 5 溶液中，[H]＝ M。 (2)同體積 0.02 M C H COOH6 5 與0.06 M C H COONa6 5 相混合，則[H]＝ M。 (3)同體積 0.02 M C H COOH6 5 與0.01 M NaOH相混合，則[H]＝ M。 (4)同體積 0.02 M C H COOH6 5 與0.02 M HCl相混合，則[H]＝ M。 (5)同體積 0.02 M C H COOH6 5 與0.02 M CH COOH3 相混合，則[H]＝ M。 Ans ： (1)8×10 M(2)2.13×10-3 -5 M (3)6.4×10-5 M(4) 0.01M (5) 9×10-4 M 六、多元酸 1. 多元酸： 可解離二個或二個以上H的酸；(或含有二個以上的可游離氫的酸)稱為多 元酸或多質子酸。 2. 多質子酸之解離平衡 Ka 1＝ Ka 2＝ H3A H+ + H2A H2A H+ + HA2
Ka3＝ Ka＝ (1)一般弱酸 Ka1：Ka2：Ka3＝ (2)雙質子酸或多質子酸之強度以 而決定。 (3)若計算此類弱酸溶液之[H]亦由 而求之。 【範例 34】 試求0.10 MH S2 水溶液中，[S2]＝ M，[H]＝ M，[HS]＝ M， 2 [H S]＝ M。( Ka1＝1.0×10－7，Ka2＝1.0×10－14 ) Ans ： (1)10-14 M(2)10-4 M (3) 10-4 M(4) 0.1M 【範例 35】 於0.10 莫耳/升的硫化氫水溶液中，下列各離子濃度([ ]表示體積莫耳濃度)間的關係，何者 正確？硫化氫水溶液有以下化學平衡： (A) [H]＝2[S2] (B) [H]＝[S2]+[HS] (C)2[H]＝2[HS]+[S2]+[OH] (D) [H]＝[HS]+ 2[S2]+[OH]。 Ans ： D 【範例 36】 在某溫度下，硫酸之第一步游離近乎完全，第二步游離之常數為Ka2＝1.00×10－2 (1)試求 1.00 M 硫酸溶液中氫離子及硫酸根的濃度。 (2)若將 0.50 升 2.00 M 硫酸與 0.50 升 2.00 M 的NaOH混合，則此溶液的氫離子濃度為何？ Ans ： (1)1.01M (2) 0.095M 【範例 37】 於25℃時，草酸(H C O2 2 4)之 Ka1＝5.4×10－2，Ka2＝5.4×10－5，則在0.100 M 的草酸溶液中： HA2 H+ + A3 H3A 3H+ + A3 H2O H+ + OH H2S H+ + HS HS H+ + S2
(A)[H]＝2[H C O2 2 4] (B)[C O2 42 ] ＝ 2 4 [HC O] (C) pH ＝2.3 (D) 2 2 4 [C O ]＝ 5.4×10－5 M (E)[H]＝ 2 4 [HC O]+ 2 2 2 4 [C O ]+[OH]。 Ans ： DE
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01. 在 1.0 M 醋酸水溶液中加入水使成 0.040 M，則 (A)溶液中CH COO3 的莫耳數加大 (B)溶液之pH 值加大 (C)醋酸的解離百分率加大 (D)溶液之[H]變為原有之1/25 (E)醋酸的解離常數加大。02. 以下為一些已知的 Ka 值：乙酸的 Ka＝1.8×10－5 mol L－1，苯酚的Ka＝1.2×10－10 mol L－
1，下列哪項陳述，可從以上資料推斷出來？ (A)苯酚是較強的酸 (B)苯酚的pKa值較大 (C)莫耳濃度相同時，這兩種酸的pH 值相等 (D) 0.1 M 苯酚水溶液的pH 值為7。 03. 某單質子酸HA溶液濃度0.1 M，又其pKa＝5 則該溶液pH 值為？ (A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 6。 04. 某 0.1 MHA水溶液之pH ＝3，則其 Ka＝ ；α＝ ；如將其加水 使成0.010 M 之HA(aq)，則Ka＝ ；α＝ 。 05. 有 A、B 兩種氨水溶液，A：0.100 莫耳/升的氨水溶液，B：0.001 莫耳/升的氨水溶液。試 求：A 溶液的氫離子濃度為 B 溶液的幾倍？(NH3的Kb＝1.7×10－5莫耳/升)
06. 0.100 M 醋酸溶液之電離度為 1.34％，求 1.00 M 醋酸溶液之電離度為若干？ 07. 含有 23 g HCOOH之水溶液10.0 升，其[H]＝3.0×10－3 M，求 Ka 及解離度。 08. 0.40 M 某弱酸溶液之pH 值和2×10－3 MHCl溶液之pH 值相同，求弱酸之解離常數。 09. 某一元有機酸的分子式為C H O4 8 2，在25℃時，其解離常數 Ka＝4×10－6，將該酸2.20 克配製成100 毫升的水溶液，試問該溶液的pH 值為多少？ 10. 定溫下有關甲：0.1 MCH COOH3 、乙：0.01 MCH COOH3 兩溶液之比較，何者正確？ (A)甲之解離度較大 (B)乙之導電度較小 (C)欲中和甲 10 mL 或乙 100 mL 所需NaOH之莫耳數相同 (D)甲之[H]較大 (E)將甲和水稀釋 10 倍體積即可得到乙，且二者之 Ka 相同。 11. 某弱酸 1 M 時pH ＝4，求： (1)於 0.01 M 時之pH ＝？ (2)於 0.01 M 時之 α＝？ (3)此酸之 Ka＝？
12. 濃度為 0.01 M 之某單質子弱酸，測得該溶液之pOH＝9，則該弱酸之游離常數 Ka＝？ (A)10－8 (B) 10－5 (C) 10－9 (D) 10－10。
13. 定溫下於 平衡系中加入水，則下列何者正確？
(A)[H]降低 (B)電離度減少 (C)凝固點降低 (D) Ka 值變小 (E)導電度變小。
14. 下面各系列的含氧酸中酸強度之次序何者為正確？
(A)HClO2＞HClO3＞HClO4 (B)HClO4＞HBrO4＞HIO4＞HCO3 (C)HClO4＞H SO2 4＞H PO3 4 (D)H SO2 4＞HClO4＞H PO3 4。 15. 在水溶液中和氫離子結合傾向大小順序何者正確？(由大至小) (A)HSO4 ＞ 3
HSO＞HCO3 (B)O2＞OH＞HCOO (C) 3
CH COO＞H O2 ＞F (D)OH＞HS＞HSe (E)I＞Br＞Cl。
16. 試比較下列各組酸性強弱之順序。
(1)H CO2 3、H SO2 4、HNO3 (2)HCl、HBr、HI (3)HOCl、HOBr、HOI (4)HClO2、HBrO2、HIO2 (5)HClO4、HClO3、HClO2 (6)NH3、H O2 、HF (7)H O2 、H S2 、H Se2 。
17. (a) 0.1 MNH3(aq)500 mL，(b)於 0.1 MNH3(aq)500 mL 加入 0.05 莫耳的NH Cl4 ( )s ，有關上
述二溶液比較，選出正確者？
(A)氨水解離度：(a)＞(b) (B)pH 值：(b)＞(a) (C)[H]：(b)＞(a)
(D)[NH4] ：(a)＞(b) (E)氨水的解離常數：(a)＞(b)。 18. 下列水溶液，何者之pH ＝2.7？ (A)CH COOH3 之濃度為2×10－3 M 時 (B)H SO2 4之濃度為2×10－3 M 時 (C)HCl之濃度為2×10－3 M 時 (D) 3 4 H PO 為2×10－3 M 時。 19. 強度相近的兩個單質子弱酸HA與HB，將二者共溶成水溶液，使HA與HB濃度均為 0.1 M，平衡時測得溶液中[A]＝x M，[B]＝y M，則HA的Ka 值近於 (A) x2 (B) (x＋y)x (C) (x＋y)2 (D) 10x(x＋y) (E) 10x2 。
20. 已知H SO2 4的Ka1極大，Ka2＝1.0×10－2，已知log 2＝0.3，某硫酸水溶液的pH 值為 1.7， 求[H SO2 4]原來濃度＝ M；[HSO4] ＝ M； 2 4 [SO ]＝ M； [H]＝ M。
※ 牛刀小試解答
※
1. ABC 2. B 3. A 4. 10－5；1％；10－5；3.16％ 5. 1/10 6. 0.424％ 7. 1.8×10－4；6％ 8. 1×10－5 9. 3 10. BCDE 11. 5；0.1％；10－8 12. A 13. AE 14. BC 15. BD 16. 略 17. AC 18. C 19. D 20. 1.5×10－2；1×10－2；5×10－3；2×10－2；
第六節 鹽的種類、命名與酸鹼性
凡酸中的H被金屬陽離子或 4 NH取代所成之化合物，或鹼中OH被非金屬陰離子或酸 根取代所成之化合物，稱為鹽類。 一、鹽的種類、命名
1.正鹽：酸中全部可游離之H，完全被金屬離子或銨根取代，或鹼中全部可游離之 OH，完全被非金屬、陰離子或酸根取代，而成之鹽稱為正鹽。亦即，正鹽結構 中沒有可游離的H或OH。 2.酸式鹽：鹽中尚含有可解離之H離子者，稱為酸式鹽，亦即酸中只有一部分可游離 的H被金屬陽離子或 4 NH所取代的化合物。 3.鹼式鹽：鹽中尚含有可游離之OH離子者，稱為鹼式鹽。 4.複鹽：由兩種或兩種以上的鹽，依一定比例結合而成，且溶於水能生成原來各鹽之 離子者，稱為複鹽。 【範例 1】 寫出(1)磷酸，(2)亞磷酸，(3)次磷酸之所有鈉鹽。 【範例 2】 試寫出下列各物質化學式： (1)過氯酸鉀 (2)硫氫化銨 (3)硝酸氫氧鉍 (4)次磷酸鈉 (5)酸式硫酸銨 (6)硫酸鐵(II)銨 (7)鹼式醋酸銅。 【範例 3】下列何者不是酸式鹽？ (A)NaHCO3 (B)KHC O2 4 (C)Na HPO2 4 (D)Na HPO2 3。
Ans ： D
【範例 4】
下列何者是正鹽？ (A)NH Cl4 (B)CH COONa3 (C)Na HPO2 3 (D)Na PO3 4 (E)KHS。
Ans ： ABCD
二、 鹽的水解
物質與水反應稱為水解作用（hydrolysis），而鹽與水反應稱為鹽的水解。鹽發生水解時 鹽的陽離子或陰離子或兩者與水反應，而使水溶液呈酸性或鹼性。 1、離子在水溶液中酸鹼性之判斷 (1)酸根、陰離子視為酸之共軛鹼可分為三類。 (a)中性： (b)酸性： (c)鹼性： (2)陽離子視為鹼之共軛酸可分二類： (a)中性： (b)酸性： 2、鹽在水中之酸鹼性判斷： (1)正鹽： (a)由強酸強鹼所成之鹽，不起水解，其水溶液呈 性。 (b)強酸弱鹼所成之鹽水解後溶液呈 性，因 。(c)強鹼弱酸所成之鹽，水解後溶液呈 性，因 。 (d)弱酸與弱鹼等 mol 混合之水解
2 1 3 b a w K K K O H ＝ (2) 酸式鹽之判斷 【範例 5】 在同一當量濃度下下列哪一種鹽的酸性最強？ (A)Na SO2 3 (B)NH NO4 3 (C)KClO4 (D)(NH4 2) CO3。 Ans ： B 【範例 6】 下列含鈣物質中，何者易溶於純水，且其水溶液可使石蕊試紙呈藍色？(A)氯化鈣(CaCl2) (B)碳酸鈣(CaCO3) (C)醋酸鈣(Ca CH COO( 3 ) )2 (D)硫酸鈣(CaSO4)。
Ans ： C 【範例 7】 下列五種鹽類中，何者其水溶液呈鹼性？ (A)硫化銨 (B)氯化鉀 (C)苯甲酸鈉 (D)硫酸鈣 (E)硝酸銀。 Ans ： AC 【範例 8】 下列五種鹽中，何者的水溶液可呈酸性？
Ans ： BDE 【範例 9】 下列四種鹽類的0.1 M 水溶液，其pH 值由低(左)而高(右)的順序為？ (1)KNO3，(2)NH Cl4 ，(3)NaHSO4，(4)Na CO2 3。 (A) (4)＜(1)＜(3)＜(2) (B) (1)＜(2)＜(4)＜(3) (C) (3)＜(2)＜(1)＜(4) (D) (2)＜(3)＜(4)＜(1)。 Ans ： C 【範例 10】
四種水溶液分別含0.1 M 之：(a)CH COONa3 ，(b)NH Cl4 ，(c)CH COONH3 4，(d)NH HSO4 4
，則溶液之pH 值大小列順序，何者正確？ (NH4 的 Ka＝5.7×10－10， 3 CH COO的Kb＝5.7×10－10，HSO4 的 Ka＝1.3×10－2)
(A) c＞a＞b＞d (B) c＞a＞d＞b (C) a＞c＞d＞b (D) a＞c＞b＞d。
Ans ： D 【範例 11】 有關酸鹼滴定實驗反應：H PO3 42NaOH Na HPO2 42H O2 之敘述何者正確？ (A)以甲基橙為指示劑 (B)達當量點時溶液呈鹼性 (C)以酚酞為指示劑 (D)H PO3 4之當量為98/3 (E)Na HPO2 4屬於酸式鹽的一種，中文名稱為磷酸二氫鈉。 Ans ： BC 【範例 12】 將0.25 MH PO3 4溶液20 mL 和 0.5 MNaOH溶液20 mL 混合，所得溶液？ (A)呈酸性 (B)呈鹼性 (C)為Na PO3 4溶液
(D)相當於Na HPO2 4溶液 (E)相當於NaH PO2 4溶液。
Ans ： BD
【範例 13】
濃度皆為0.1 M 之各水溶液混合時，何者呈酸性？
(A)HCl 10 mL +NaOH 10 mL (B)CH COOH3 20 mL +NaOH 20 mL (C)H PO3 4 10 mL +NaOH 30 mL (D)H SO2 4 10 mL +Na CO2 3 10 mL
(E)H SO2 4 10 mL+NH3 20 mL Ans ： DE 【範例 14】 有關水合離子，下列各項敘述何者正確？ (A) Li， Na， K， Rb皆為鹼性陽離子 (B)Be2，Mg2，Ca2，Sr2，Ba2皆為酸性陽離子 (C)Mg2，Hg2，Cu2，Fe2皆為酸性陽離子 (D) Cl， Br， 4 ClO，NO3皆為中性陰離子 (E)HC O2 4，C H O2 3 2，HSO3，NO2皆為酸性陽離子。 Ans ： CD
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01. 下列有關鹽類的敘述何者錯誤？ (A)Na HPO2 4稱為磷酸氫二鈉，屬於酸式鹽 (B)Bi OH NO( )2 3和Bi OH NO( )( 3 2) 皆稱為硝酸氫氧鉍 (C)CH COONH3 4屬於正鹽 (D)Na HPO2 2稱為次磷酸氫二鈉，屬於酸式鹽 (E) KAl(SO4)2．12H2O 屬於複鹽。 02. 下列何者屬於酸式鹽？(A)KHC O2 4 (B)CaHPO3 (C)NaH PO2 2 (D)NaHSO4 (E)MgNH PO4 4。
03. 下列何者為酸式鹽？
(A)NaHC O2 4 (B)NH Cl4 (C)CH COONa3 (D)NaHCO4 (E)Na HPO2 3。
04. 某二質子酸的酸式鈉鹽 9.60 克配成 100 mL 溶液，取其 25 mL 用 1 N 之NaOH溶液滴定 時用去20.4 mL 後發現鹼過量，再以 1 N 之HCl溶液0.4 mL 反滴定到當量點，則下列各 項敘述何者正確？(Na＝23，S＝32) (A)此二質子酸之分子量為 98 (B)此二質子酸之酸式鈉鹽式量為 98 (C)此二質子酸之酸式鈉鹽當量為 45 (D)該鈉鹽化學式可為NaHC O2 4 (E)此二質子酸化學式可為H SO2 4。 05. 有關下列敘述何者正確？ (A)含有氫的鹽必屬於酸式鹽 (B)正鹽必不含有氫
