4-2
酸 鹼 反 應
1. 認識常見化學反應的形式:化合反應、分解反應、
燃燒反應、酸鹼中和及氧化還原等。
2. 了解化學反應可能伴隨著的現象,如顏色改變、氣 體生成、沉澱產生及能量變化等。
3. 認識常見氧化劑及還原劑的用途。
4. 了解水的淨化、軟化過程和水汙染、酸雨等問題。
第 4 章 化常見的化學反應
化合反應:數種物質反應生成一種物質。
如:2 Na (s) +Cl 2(g) ─→ 2 NaCl (s)
分解反應:一種物質反應生成數種物質。
如:CaCO 3(s) △ CaO (s) +CO 2(g)
燃燒反應:物質發生劇烈氧化作用,放出光及熱。
如:Mg (s) +O 2(g) △ 2 MgO (s)
其它型式: 置換反應:A+BC ─→ AC+B 或 BA+C
如:Zn (s) +CuSO 4(aq) ─→ ZnSO 4(aq) +Cu (s)
複分解反應:AB+CD ─→ AD+CB
如:AgNO 3(aq) +NaCl (aq) ─→ AgCl↓+NaNO 3(aq)
4-1.1 常 見 的 化學反 應
4-1.2 化 學 反 應 伴隨的現象
(白色沉澱)
(補充教材:
見課本 p.125)
顏色變化: NO (g) +O 2(g) ─→ NO 2(g)
(無色)(無色) (紅棕色)
氣體的產生:CaCO 3(s) +2 H + (aq) ─→ Ca 2+ (aq) +CO 2(g) +H 2 O () 沉澱的產生:Pb(NO 3 ) 2(aq) +2 KI (aq) ─→ PbI 2 ↓+2 KNO 3(aq)
能量的變化:S (s) +O 2(g) △ SO 2(g) +光+熱
解離說:電解質溶於水可產生帶電的陰、陽離子,而使水溶液可導電,但溶液仍 維持電中性
酸鹼的定義:水中可解離出氫離子(即質子)者稱為酸;而能解離出 OH - 者,
則為鹼。
如:H 2 O () +熱量 H + (aq) +OH - (aq) ,故水既是酸也是鹼 pH 值:氫離子濃度倒數的對數值,即 pH=-log[H + ]或[H + ]=10 -pH
水的離子積常數(K w ):含水系統中,K w =[H + ]×[OH - ]=10 -14 M 2 (25℃時),
因此 pH + pOH=pK w =14(25 ℃時)
強酸與強鹼反應的淨離子方程式:H + (aq) +OH - (aq) ─→ H 2 O () +56 kJ 酸鹼指示劑:因 pH 值變化而改變顏色的物質。
如:石蕊在酸中呈紅色;鹼中呈藍色
(補充教材)
年度 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101
題數 3 2 2 1 3 3 4 4 1 2 7
定義:物質與氧化合或失去電子稱為氧化,而物質脫去氧或得電 子稱為還原
半反應:如 M M n + + ne - 4-3
氧化還原 反 應
4-4
環境中的 化學反應
氧化與還原
氧化劑 與 還原劑
定義:使其他物質氧化,而本身被還原者,稱為氧化劑;反之,若使 其他物質還原,而本身被氧化者,稱為還原劑
強弱:由得、失電子傾向大小來決定,如活性愈大之金屬為愈強的還 原劑
決定反應進行的方向:氧化還原反應傾向由較強氧化劑(或還原劑)
生成較弱氧化劑(或還原劑)
如: Cu + 2 Ag + Cu 2 + + 2 Ag (較強還原劑) (較弱還原劑)
水 的 淨 化
沉降:靜置原水,使顆粒較大的懸浮物自然沉降
凝聚:加入明礬產生 Al(OH) 3 來吸附無法自然沉降的懸浮物 KAl(SO 4 ) 2 . 12 H 2 O (s) Al 3 + (aq) Al(OH) 3(s)
過濾:除去水中殘留的 Al(OH)
3
曝氣:增加溶氧量,加速微生物分解有機物
除臭:以活性碳除去水中產生異味的物質
消毒:以 Cl 2 或 O 3 殺死水中的細菌
水 的 軟 化
硬水(含 Mg 2 + 、 Ca 2 + )
暫時硬水:含有 Mg 2 + 、 Ca 2 + 、 HCO 3 - 等主要離子
永久硬水:含有 Mg 2 + 、 Ca 2 + 、 Cl
- 、 SO
4 2 -
等主要離子 鍋垢成分:有 CaCO
3 、 MgCO
3 及 CaSO
4
方法
煮沸法: Ca(HCO 3 ) 2(aq) CaCO 3(g) ↓ + CO 2(aq) + H 2 O
()
石灰蘇打法:
Ca(OH)
2(aq) + Ca(HCO
3 )
2(aq) ─→ 2 CaCO
3 + 2 H
2 O
()
Ca 2 + (aq) + Na 2 CO 3(aq) ─→ CaCO 3(s) + 2 Na + (aq) 陽離子交換法:
Ca 2 + (aq) + 2 NaR (s) CaR 2(s) + 2 Na + (aq)
水 汙 染
酸 雨
有機耗氧廢料
定義:能藉由氧化方式將其分解者 測定:常見有 COD 與 BOD 兩種,
單位可用 ppm ,即 mg / L 表 示
危害:造成水中生物缺氧而死亡 其他:重金屬離子、營養(含 PO
4
3 - )鹽 … 等 定義: pH 值小於 5.0 的雨水
來源:含硫的化石燃料燃燒產生之硫氧化物溶於雨水所形成 防治:廢氣排放時,先行除去 SO x 。
如: SO 2(g) + CaCO 3(s) ─→ CaSO 3(s) + CO 2(g)
化 學 反 應
學習概念
1. 化合反應:數種物質經化學反應,生成一種物質亦稱為結合反應。如:A+B+…─→ P。
(1) 元素間的化合反應:
例如:2 Na (s) +Cl 2(g) ─→ 2 NaCl (s)
(2) 化合物間的化合反應:
例如:Na 2 O (s) +CO 2(g) ─→ Na 2 CO 3(s)
(3) 元素與化合物間的化合反應:
例如:2 CO (g) +O 2(g) ─→ 2 CO 2(g)
2. 分解反應:一種化合物經化學反應分解成數種物質。
如:R ─→ A+B+…
(1) 由照光產生的分解反應:
例如:2 HgO (s) 光 2 Hg () +O 2(g)
(2) 由電解產生的分解反應:
例如:2 H 2 O () 電解 H 2(g) +O 2(g)
(3) 由加熱產生的分解反應:
例如:CaCO 3(s) △ CaO (s) +CO 2(g)
3. 燃燒反應:物質發生劇烈的氧化作用,放出光和熱。
(1) 金屬的燃燒反應:
例如:2 Mg (s) +O 2(g) △ 2 MgO (s) ;2 Mg (s) +CO 2(g) △ C (s) +2 MgO (s)
(2) 烷類(CnH 2n+2 )的燃燒反應:
例如:CH 4(g) +2 O 2(g) ─→ CO 2(g) +2 H 2 O ()
註:C、H 或 C、H、O 化合物完全燃燒,產物為 CO
2與 H
2O。
範例 反應的類型 ★★ 《基礎題》
常見的化學反應類型有化合反應、分解反應及燃燒反應。則下列各化學反應分屬何種類型?
(1) CaO+CO 2 ─→ CaCO 3 (2) 2H 2 O 2 ─→ 2H 2 O+O 2 (3) C 6 H 12 O 6 +6O 2 ─→ 6CO 2 +6H 2 O (4) Ca(HCO 3 ) 2 ─→ CaCO 3 +CO 2 +H 2 O (5) Ca 2+ +CO 3 2- ─→ CaCO 3
[答案] 化合反應:(1)(5);分解反應:(2)(4);燃燒反應:(3) [類題] 下列何種反應不屬於燃燒反應?
(A) 2 Mg+O 2 △ 2 MgO (B) 2 Mg+CO 2 △ C+2 MgO (C) 2 NO+O 2 室溫 2NO 2 (D) 2 Na
+Cl 2 室溫 2 NaCl
█: C 。
(NO 與 O2結合,並非劇烈的氧化作用。)
常見的化學反應
(南一版 p.131)1
▲ 鈉與氯化合,生成氯化鈉
1
學習概念
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) +Cu 2 +
(aq) ─→ Cu (s) +Zn 2+ (aq) (2) NO (g) +O 2(g) ─→ NO 2(g)
(藍色) (無色) (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 KClO 3(s) MnO2 2 KCl (s) +3 O 2(g)
(2) 2 H 2 O 2(aq) MnO2 2 H 2 O () +O 2(g)
(3) CaCO 3(s) +2 H + (aq) ─→ Ca 2+ (aq) +CO 2(g) +H 2 O () 製備 CO 2 的反應 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(HCO 3 ) 2(aq) △ CaCO 3(s) +H 2 O () +CO 2(g)
(2) Pb(NO 3 ) 2(aq) +2 NaI (aq) ─→ PbI 2(s) +2 NaNO 3(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) +H 2 O () +熱 (2) 燃燒反應:2 Mg (s) +O 2(g) ─→ 2 MgO (s) +熱+光
範例 反應產生的現象 ★★ 《基礎題》
將一顆米粒大小的鈉金屬,投入盛有水的燒杯中,會有下列哪些現象被產生?
(A)杯中的水產生顏色的變化 (B)杯中的水溫上升 (C)有氣體生成 (D)杯內有沉澱產生 (E)出現燃燒現象
[答案] BCE
[解析] 2 Na
(s)+2 H
2O
()─→ 2 NaOH
(aq)+H
2(g),此反應放出的熱使氫氣燃燒起來產生爆鳴聲響。
(A)反應產生的 NaOH
(aq)為無色液體;(D) NaOH 可溶於水,故不會有沉澱物出現。
[類題] 下列選項中,哪一組溶液的混合不會有任何化學現象產生?
(A)澱粉液+碘液 (B)漂白水+鹽酸 (C)碳酸鈉水溶液+氯化鈣水溶液 (D)鹽水+糖水 (E)酸性溶液+鹼性溶液
((A)混合後,溶液出現藍紫色(∵ I2與澱粉產生藍色物質);(B)會有氯氣生成(ClO-+Cl-H+HClO+HCl ─→ Cl2+H2O);(C)會有 CaCO3沉澱;(E)會有酸鹼中和,使水溫上升。)
化學反應伴隨的現象
(南一版 p.126)2
製備 O 2 的反應
2
█: D 。
範例 反應產生的現象 ★★ 《基礎題》
下列哪一項反應會有沉澱生成?
(A) 2 KClO 3(s) △ 2 KCl (s) +3 O 2(g) (B) 2 H 2 O 2(aq) MnO2 2 H 2 O () +O 2(g) (C) AgNO 3(aq) + HCl (aq) ─→ AgCl (s) +HNO 3(aq) (D) 2 NaOH (aq) +H 2 SO 4(aq) ─→ Na 2 SO 4(aq) +2 H 2 O ()
[答案] C
[解析] 找兩溶液反應生成不溶鹽者。
[類題] 下列哪些反應,反應前後會有顏色的改變?
(A) Zn (s) +Cu 2+ (aq) ─→ Cu (s) +Zn 2+ (aq) (B) 2 H 2(g) +O 2(g) 2 H 2 O (g) (C) 2 NO (g) +O 2(g) ─→
2NO 2(g) (D) HCl (aq) +NaOH (aq) ─→ NaCl (aq) +H 2 O () (E) CH 4(g) +2O 2(g) ─→ CO 2(g) +2H 2 O (g)
█: AC 。
學習概念
1. 定義:兩種以上的電解質溶液混和後,產生某一溶解度較 小的產物,稱為沉澱反應。
例如:將硝酸銀(AgNO 3 )與氯化鈉(NaCl)兩溶液混和 後會產生白色沉澱,這是因為產物氯化銀(AgCl)
為一難溶鹽類,其解離的氯離子(Cl - )與銀離子(
Ag + )無法大量存在於溶液中,因此相互結合生成 沉澱。
2. 反應式的寫法:
以硝酸銀與氯化鈉兩溶液混合反應為例。
(1) 分子反應方程式:
AgNO 3(aq) +NaCl (aq) ─→ AgCl (s) +NaNO 3(aq)
(2) 離子反應方程式:
Ag + (aq) +NO 3 -
(aq) +Na + (aq) +Cl - (aq) ─→ AgCl (s) +Na + (aq) +NO 3 - (aq)
(3) 淨離子反應方程式:
Ag + (aq) +Cl - (aq) ─→ AgCl (s)
註:將(2)中不參與反應的離子除去,僅寫出主要反應物種的反應式稱為淨離子反應方程式。
3. 常見鹽類在水中溶解度的規則:
溶解度分類 陰離子 陽離子
可溶者 NO 3 - 可溶:全部
((A) 藍色─→ 無色 ; (C)無色─→ 紅棕色
(Cu2+) (Zn2+) (NO、O2) (NO2)。)
▲ AgNO
3(aq)與 NaCl
(aq)混合液中的 離子及它們所生成的難溶鹽
3
水溶液中的沉澱反應
(南一版 p.133)3
CH 3 COO - 可溶:幾乎全部 微溶:Ag + 可溶:全部 ⅠA + 、NH 4 +
大多數可溶者
(記難溶)
Cl - 、Br - 、I - 難溶:Ag + 、Pb 2+ 、Hg 2 2+ (亞汞)、Cu + (亞銅)、Tl + SO 4 2- 微溶:Ca 2+
難溶:Sr 2+ 、Ba 2+ 、Pb 2+
CrO 4 2- 難溶:Hg 2 2+ 、Cu 2+ 、Ag + 、Pb 2+ 、Ba 2+ 、Sr 2+
大多數難溶者
(記可溶)
S 2- 可溶:Ⅰ A + 、NH 4 + 、Ⅱ A 2+
OH - 可溶:Ⅰ A + 、NH 4 + 、Sr 2+ 、Ba 2+
微溶:Ca 2+
CO 3 2- 、C 2 O 4 2- 可溶:Ⅰ A + 、NH 4 +
SO 3 2- 、PO 4 3- 等 可溶:Ⅰ A + 、NH 4 +
註:(1) ⅠA
+、Ⅱ A
2+分別表示鹼金屬及鹼土金屬離子。
(2) 氫離子(H
+)與各種陰離子形成的酸多為可溶性。
4. 常考沉澱反應及其沉澱物顏色:
例如:(1) Mg 2+ +2 OH - ─→ Mg(OH) 2 (白)↓
(2) Ag + +Cl - ─→ AgCl(白)↓
(3) Ca 2+ +CO 3 2- ─→ CaCO 3 (白)↓
(4) Mg 2+ +CO 3 2- ─→ MgCO 3 (白)↓
(5) Pb 2+ +2 I - ─→ PbI 2 (黃)↓
(6) Ba 2+ +SO 4 2- ─→ BaSO 4 (白)↓
範例 水中離子的分離 ★★ 《基礎題》
若欲利用離子沉澱來分離混合溶液中的 Cl - 及 SO 4 2- ,加入下列哪種離子最佳?
(A) Ba 2+ (B) NH 4 + (C) Na + (D) K + [答案] A
[解析] (A)會形成硫酸鋇沉澱。
[類題] 一溶液中含有右列鹽類:硝酸鉀、硝酸鉛、硝酸銅、硝酸鋇,今欲逐一分離及鑑別
各鹽時,則下列各種試劑:(甲) K 2 SO 4 溶液;(乙) K 2 CO 3 溶液;(丙) KCl 溶液,加入的先後 順序應為何?
(A)甲 → 乙 → 丙 (B)乙 → 丙 → 甲 (C)甲 → 丙 → 乙 (D)丙 → 甲 → 乙
█: D 。
4
一、基礎題 (*多重選擇題)
( A ) 1. 下列反應中,何者為分解反應?
(A)強熱碳酸鈣 (B)將鋅置入硫酸銅水溶液 (C)混合硝酸鉛溶液與碘化鉀溶液 (D) 小蘇打遇鹽酸的反應
( D ) 2. 下列反應中,何者為化合反應?
(A) HCl+NaOH ─→ NaCl+H 2 O (B) Cl 2 +2 KI ─→ I 2 +2 KCl (C) CH 3 OH+
O 2 ─→ CO 2 +2 H 2 O (D) CaO+H 2 O ─→ Ca(OH) 2
( B ) 3. 將人體呼出的氣體吹入石灰水中,不會有哪種現象產生?
(A)顏色變化 (B)氣體生成 (C)沉澱現象 (D)放出熱量
( A ) 4. 下列何項反應屬於化合反應?
(4. (A)多變一為化合反應。)(A) 2 Mg (s) +O 2(g) ─→ 2 MgO (s)
(B) Na 2 CO 3(aq) +2 HCl (aq) ─→ 2 NaCl (aq) +H 2 O (l) +CO 2(g)
(C) MgCl 2(aq) +2 NaOH (aq) ─→ Mg(OH) 2(s) +2 NaCl (aq)
(D) HCl (aq) +NaOH (aq) ─→ NaCl (aq) +H 2 O (l)
*( AE ) 5. 下列哪些化學反應是由「單一元素的物質與化合物反應,產生另一種單一元素的物質
和他種化合物」? 【101.學測】
(A)氫氣還原氧化銅 (B)一氧化碳在氧中燃燒 (C)一氧化碳還原氧化銅 (D)銀棒放 入硫酸銅溶液 (E)鋅棒放入硫酸銅溶液
*( BD ) 6. 承上題,其中哪些反應屬於燃燒反應?
( 6. (B)為黃磷的自燃反應;(D)為鈉與氯的燃燒反應。)*( DE ) 7. 銅與濃硫酸反應的反應式如下:
Cu+2 H 2 SO 4 △ CuSO 4 +SO 2 +2 H 2 O
有關此反應所伴隨的現象不包括下列何者?
(A)有氣體生成 (B)有顏色變化 (C)有能量變化 (D)有沉澱產生 (E)放出光
二、進階題
( A ) 1. 下列何者既為化合反應,又是燃燒反應?
(A) S+O 2 △ SO 2 (B) 2NO+O 2 ─→2NO 2 (C) C 6 H 12 O 6 +6 O 2 △ 6CO 2 +6 H 2 O (D) 2 Mg+CO 2 △ 2 MgO+C
*( AC ) 2. 化學反應常伴隨伴有顏色變化、沉澱產生、氣體產生和能量變化等現象。下列哪 E 些反應會有氣體生成?
(A) 2 H 2 O 2 MnO2 2 H 2 O+O 2 (B) P 4 +5 O 2 △ P 4 O 10 (C) NH 4 Cl+NaNO 2 △ NaCl+N 2 +2 H 2 O (D) 2 Na+Cl 2 △ 2 NaCl (E) Zn+H 2 SO 4 △ ZnSO 4 +H 2
3. 有關下面簡易的實驗操作流程,有哪些現象可被觀察到。(甲)取澄清石灰水加入數滴酚酞;
(乙)並對石灰水吹氣,數分鐘後,溶液產生變化;(丙)將溶液過濾所得之固體烘乾,再加以強 熱;(丁)剩下固體溶於水,又可得石灰水。
█:甲:溶液由無色變為紅色;乙:溶液產生白色 CaCO
3沉澱;
丙:生成 CO
2氣體;丁:水溫上升。
( 1. (A) CaCO3 △ CaO+CO2; (B) Zn+Cu2+-→ Zn2++Cu;
(C) Pb(NO3)2+2 KI -→ PbI2+2 KNO3; (D) NaHCO3+HCl -→ NaCl+CO2+H2O。)
( 2. 找多種物種反應生成一種物質者。)
( 1. (B)非燃燒反應。)
( 2. 找反應式的產物中有氣體者 (A) O2;(C) N2;(E) H2。)
4-1 課後練習
( 7. (D) CuSO4可溶於水;(E)此反應非燃燒反應。)
( 5. 找取代反應。(A) H2+CuO → Cu+
H2O;(B) 2CO+O2 → 2CO2;(C) CO+
CuO → Cu + CO2;(D)不反應;(E) Zn
+CuSO4 → ZnSO4 +Cu。)
酸 鹼 反 應
學習概念
1. 水溶液的導電性:
(1) 電解質:水溶液狀態或熔融狀態,能導電的化合物,稱之為電解質。
例如:食鹽為電解質,所以食鹽水可導電;而蔗糖為非電解質,因此蔗糖水不導電。
▲ 蔗糖水不導電 ▲ 食鹽水可導電
(2) 解離說:
1884 年,阿瑞尼斯所提出。
內容:電解質在水中會解離出帶正電的陽離子及帶負電的陰離子。當此水溶液通電時,陽 離子會游向負極,而陰離子會游向正極,電極表面會有反應發生。
註:a. 當時道耳頓原子說認為原子不可分割,因此解離說並未被接受。
b. 在水中可完全解離的化合物,稱為強電解質;不完全解離者為弱電解質。
(3) 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:在硫酸鈉水溶液中,可由電中性原理得[H + ]+[Na + ]=[SO 4 2- ]×2+[OH - ],又溶 液呈中性,因此[H + ]=[OH - ],故[Na + ]=2 [SO 4 2- ]。
解離說
(南一版 p.139)1
Na + Cl -
電源供應器
2. 阿瑞尼斯的酸鹼學說:
(1) 酸:凡在水中可產生 H + (質子)者
例如:HCl (aq) ─→ H + (aq) +Cl - (aq) ,CH 3 COOH (aq) H + (aq) +CH 3 COO - (aq)
(強酸) (弱酸)
(2) 鹼:凡在水中可產生 OH - 者
例如:NaOH (aq) ─→ Na + (aq) +OH - (aq) ,NH 3(aq) +H 2 O () NH 4 +
(aq) +OH - (aq)
(強鹼) (弱鹼)
(3) 強酸與強鹼反應:為 H + (aq) 與 OH - (aq) 反應生成水 反應式:H + (aq) +OH - (aq) ─→ H 2 O ()
範例 電解質的性質 ★★ 《基礎題》
下列有關電解質的敘述,哪些正確?
(A)含有電解質的水溶液可以導電 (B)電解質在液態下也一定能導電 (C)電解質導電時,一 定會發生化學變化 (D)電解質水溶液的電解可以使用交流電 (E)電解質的導電方式是藉由 陰、陽離子的移動
[答案] ACE
[解析] (B)液態電解質不一定皆可導電;(D)電解使用的電源為直流電。
[類題] 下列有關電解質的敘述,哪些是錯誤的?
(A)乙醇的水溶液不能導電,是因其沒有解離出離子 (B)金屬能導電,所以也是電解質 (C)電解質都是鹽類 (D)電解質在熔化狀態或水溶液中能導電,是因為有自由移動離子之 故 (E)電解質的水溶液中陰、陽離子濃度必相等,才能維持溶液的電中性
█: BCE 。
範例 電中性的原理 ★★ 《進階題》
已知 1 莫耳電子電量為 96500 庫侖。試問 1 升 1 M 氯化鈣水溶液中,陰離子的總帶電量約 為多少庫侖?
(A) 48250 (B) 96500 (C) 193000 (D) 289500 [答案] C
[解析] CaCl
2─→ Ca
2++2 Cl
-,CaCl
2有 1 mol Ca
2+有 1 mol,Cl
-有 2 mol Ca
2+總帶電量為 2×96500 庫侖=Cl
-的總帶電量。
註:OH
-的帶電量可忽略
[類題] 已知 0.50 升的硫酸鈉水溶液中,陰、陽離子的總帶電量一共為 96500 庫侖。試問:此 硫酸鈉溶液的濃度(M)為多少?
(A) 0.50 (B) 1.0 (C) 1.5 (D) 2.0
█: A 。
((B)金屬並非電解質;(C)電解質也可以是酸或鹼;
(E)水中的陰、陽離子數未必相等。)
(Na2SO4 -→ 2 Na++SO42-
,陽離子總帶電量為
SO42-有 0.25 mol [Na2SO4]==0.50 M。)
1
2
學習概念
1. 酸鹼的通性:
酸性化合物 鹼性化合物
(1) 嚐起來有酸味
(2) 可使石蕊試紙呈紅色 (3) 可與活潑的金屬產生氫氣 (4) 可與鹼中和生成鹽類 (5) 為一種電解質
(1) 有澀味及滑膩感 (2) 可使石蕊試紙呈藍色 (3) 可與油脂反應生成肥皂 (4) 能與酸中和生成鹽類 (5) 為一種電解質
註:金屬與稀酸(HCl
(aq)或 H
2SO
4(aq))反應的反應方程式為 2 M
(s)+2n H
+(aq)-→ 2 Mn
+(aq)+n H
2(g)2. 离巠標值(pH)
(1) 定義:將氫離子濃度的倒數取對數所得數值,稱為离巠標值(pH)。
pH=log=-log[H + ],故[H + ]=10 -pH
同理:pOH=-log[OH - ],故[OH - ]=10 -pOH
例如:[H + ]=1.0×10 -4 M,則 pH=4.00;同理[OH - ]=1.0×10 -4 M,則 pOH=4.00 (2) 水溶液的 pH:
只要是酸性水溶液[H + ]>[OH - ],而 pH<pOH;反之,鹼性水溶液則[H + ]<[OH - ],
而 pH>pOH。
純水或中性溶液,[H + ]=[OH - ],即 pH=pOH。
水的解離方程式為:H 2 O H + +OH -
定溫下,水溶液中 H + 和 OH - 濃度乘積恆為定值(K w ),與溶液的 pH 無關。
25 ℃時,[H + ]×[OH - ]=10 -14 M 2 ,故 pH+pOH=14,而 pK w =14
例如:25 ℃時,1.0 M 的 HCl (aq) 中,[H + ]=1.0 M,而[OH - ]==10 -14 M。
註:溫度>25 ℃,pH+pOH<14;溫度<25 ℃,pH+pOH>14。
(3) 常見水溶液的 pH:
酸鹼反應
(南一版 p.139)2
範例 酸的性質 ★★ 《基礎題》
柳橙中的檸檬酸與家用醋中的醋酸都是酸性水溶液,這是基於溶液中都含有下列哪種主要 的粒子?
(A)氫原子 (B)氧原子 (C)氫氧離子 (D)質子 [答案] D
[解析] 酸在水中會解離出 H
+,即質子。
[類題] 下列哪一個化合物的水溶液呈鹼性?
(A) NO 2 (B) H 3 PO 4 (C) CH 3 OH (D) Mg(OH) 2
█: D 。
範例 pH 值的計算 ★★★ 《基礎題》
我們平日所喝的汽水都含有二氧化碳。今日小新買來一罐汽水,並測定其酸鹼度,求得氫 離子濃度為 3.0×10 -5 M。試問:此罐汽水的 pH 值約為多少?
(A) 3.5 (B) 4.5 (C) 5.5 (D) 6.5 [答案] B
[解析] 1×10
-5<[H
+]=3.0×10
-5M<10×10
-5M pH=4~5。
[類題] 1. 某一 25℃的水溶液 pH 值約為 2,則此時溶液中的[OH - ]約為若干 M?
(A) 10 -2 (B) 10 -12 (C) 2 (D) 12
█: B 。
[類題] 承上題的水溶液中,水分子所游離的 [H + ] 約為若干 M?
(A) 10 -2 (B) 10 -12 (C) 2 (D) 12
█: B 。
學習概念
1. 常見的酸與鹼:
(1) 根據酸與鹼每分子可解離的 H + 或 OH - 數目可分為單質子酸、多質子酸或一元鹼、多 元鹼等。
例如: 單質子酸有 HCl、HNO 3 、CH 3 COOH、…等;而多質子酸有 H 2 SO 4 、H 2 CO 3 、 H 3 PO 4 、…等。
一元鹼有 KOH、NaOH、NH 3 、…等;而多元鹼有 Ca(OH) 2 、Al(OH) 3 、…等。
(2) 根據酸與鹼解離的程度可分為強酸、弱酸或強鹼、弱鹼等;其中強酸、強鹼可完全解離,
而弱酸、弱鹼則為部分解離。
(找金屬的氧化物或氫氧化物。(C) CH3OH 為甲醇,屬 中性物質。)
(1. pH=2 [H+]=10-2,[OH-]===10-12 M。)
(2. 水分子產生的[H+]水=[OH-]==10-12 M。)
3
4
酸鹼中和
(南一版 p.145)3
▼ 常見的強電解質與弱電解質
酸 鹼
強電 解質
鹽酸(HCl)
硝酸(HNO 3 ) 硫酸(H 2 SO 4 )
氫氧化鈉(NaOH)
氫氧化鉀(KOH)
氫氧化鋇(Ba(OH) 2 ) 弱電
解質 醋酸(CH 3 COOH)
氫氰酸(HCN) 氨(NH 3 )
氫氧化鎂(Mg(OH) 2 ) 2. 酸鹼中和的原理:
定溫下的水溶液中,存在[H + ]×[OH - ]=極小定值的事實(25℃為 10 -14 M 2 ),因此酸與鹼 同時存在於水中時,H + 與 OH - 就必須結合生成水,上述關係式才能繼續成立。
3. 強酸與強鹼中和的反應式:
以鹽酸與氫氧化鈉中和為例:
分子反應方程式:HCl (aq) +NaOH (aq) ─→ NaCl (aq) +H 2 O ()
因 HCl、NaOH 及 NaCl 為強電解質,故可改以解離的離子替代得:
離子反應方程式: H + (aq) +Cl - (aq) +Na + (aq) +OH - (aq) ─→ Na + (aq) +Cl - (aq) +H 2 O () 消去未反應的離子得 H + (aq) +Cl - (aq) +Na + (aq) +OH - (aq) ─→ Na + (aq) +Cl - (aq) +H 2 O () 淨離子方程式:H + (aq) +OH - (aq) ─→ H 2 O ()
註:醋酸與氫氧化鈉中和的淨離子反應式如下:
CH
3COOH
(aq)+OH
-(aq)─→ CH
3COO
-(aq)+H
2O
()補充:強酸與強鹼的酸鹼值計算:
室溫下,以 0.10 M 之 NaOH 滴入 50 mL 之 0.10 M 的 HCl 中,設 x 為 NaOH 所滴入的 體積(mL),則:
(1) x=0 時,[H +]=10-1 M,即 pH=1。
(2) 0<x<50 時,
H + + OH - ─→ H 2 O 原:0.10 × 50 mmol 0.10 × x mmol
- 0.10 ·x 0.10 ·x - 後: 5 - 0.10 x 0
[H + ]==(M)
(3) x=50 時,恰達當量點(即酸與鹼皆用完),故 pH=7。
(4) x>50 時,
H + + OH - H 2 O 原:0.10 × 50 mmol 0.10 × x mmol - 0.10 ·50 - 0.10 ·50 - 後: 0 0.10 x - 5 [OH - ]==(M)
4. 中和熱:強酸與強鹼中和生成一莫耳水,可放出 56 千焦的能量。
例如:NaOH
(aq)+ HCl
(aq)NaCl
(aq)+ H2O
(l),ΔH=- 56 kJ
註:強酸與弱鹼的莫耳中和熱一般會少於 56 kJ。
範例 酸鹼中和的計算 ★★★ 《基礎題》
有一胃病患者,檢查顯示其胃液中含氫氯酸的濃度為 0.060 莫耳/升,用含氫氧化鋁 Al(OH) 3 的胃藥中和,化學反應方程式如下:
Al(OH) 3(s) +3 HCl (aq) ─→ AlCl 3(aq) +3 H 2 O ()
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 [答案] B
[解析] 0.3 升的胃液中含有 HCl=0.3×0.060=1.8×10
-2mol,
由反應方程式得知需用去 Al(OH)
3=6×10
-3mol=6×10
-3×78=0.468 克。
[類題] 1. 將 25 ℃下,pH 值 0.0 的鹽酸溶液 1 mL 與 pH 值 13.0 的氫氧化鈉溶液 10 mL 混合後
,所得溶液的 pH 值為何?
(A) 13.0 (B) 7.0 (C) 6.0 (D) 1.0
█: B 。
[類題] 2. 欲將 0.1 M 20 mL 的硫酸溶液中和掉,需用去 0.1 M 的氫氧化鈉溶液多少毫升?
(A) 10 (B) 20 (C) 30 (D) 40
█: D 。
[類題] 3. 0.1 M 的 10 mL 鹽酸與 0.1 M 的 20 mL 氫氧化鈉中和可放出多少焦耳的熱量?
(A) 28 (B) 56 (C) 112 (D) 140
█: B 。
學習概念
1. 原理:顏色會隨溶液的 pH 值而改變的物質,稱為酸鹼指示劑。酸鹼指示劑多為有機酸(
鹼),在不同的 pH 值下,可呈現不同的顏色。
例如:石蕊在水中存在此一平衡反應方程式:HIn H + +In -
(紅色) (藍色)在 pH<4.5 時,[HIn]>[In - ],故溶液呈紅色;
而 pH>8.3 時,[In - ]>[HIn],故溶液呈藍色。
2. 顏色範圍:
▼ 常見酸鹼指示劑的變色範圍
指示劑 pH 變色範圍及顏色
甲基橙 紅 3.2~4.4 黃 甲基紅 紅 4.8~6.0 黃 石 蕊 紅 4.5~8.3 藍 溴瑞香草酚藍(BTB) 黃 6.0~7.6 藍 酚 紅 黃 6.8~8.4 紅 酚 酞(PP) 無色 8.2~10.0 粉紅
註:在 25℃的酸性、中性溶液中,酚酞呈無色;而鹼性溶液才 有可能(pH>8.2)出現紅色。
(1. pH=0.0 [HCl]=1 M pH=13.0 [NaOH]=0.1 M
, H
++OH
--→ H
2O 原有:1×1(mmol) 0.1×10(mmol)
用去:- 1 - 1 + 1 剩下:0 0 1 表示酸與鹼都用盡,只剩下水,故 pH=7。)
( 2. ∵中和用去的 H+mol 數=用去的 OH-mol 數,
∴ 0.1×20×2=0.1×V×1 V=40。)
( 3. 生成的水只有 0.1×10×10-3 mol,故放出熱量為 56 kJ×10-3=56 J。)
5
酸鹼指示劑
(南一版 p.147)4
範例 指示劑的變色 ★★★ 《基礎題》
已知石蕊在酸性溶液中呈紅色,在鹼性溶液中呈藍色。今有甲溶液可使紅色石蕊試紙變藍 色;乙溶液可使藍色石蕊試紙變成紅色;丙為純水,若將甲、乙、丙三者的 pH 值依大小 順序排列,則下列何者正確?
(A)甲>乙>丙 (B)甲>丙>乙 (C)乙>甲>丙 (D)乙>丙>甲 [答案] B
[解析] 甲之 pH>7,而乙之 pH<7,故 pH 大小為甲>丙>乙。
[類題] 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,從下列實驗 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) 試管甲與試管丙的水溶液等量混和後,以石蕊試紙檢驗都不變色,加熱蒸發水分後 得白色晶體。
試問:甲試管、乙試管及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
█: B 。
一、基礎題 (*多重選擇題)
( B ) 1. 有關胃液的成分,不符合下列哪一個特質?
(A)電解質 (B)可使石蕊試紙呈藍色 (C)可溶解鋅片 (D)具酸味 ( C ) 2. 欲使 HCl 溶液的 pH=1 變為 2,下列處理何者正確?
(A)加入等體積且等濃度的 NaOH (B)加入等量 pH=3 的 HCl 溶液 (C)使溶液體積變 為原來的 10 倍 (D)使溶液體積變為原來的 2 倍
( A ) 3. 有三種未標示之無色溶液甲、乙和丙。假設這三種溶液各為酸、鹼及酚,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 (D)無法判斷
( B ) 4. 下列有關酸鹼的敘述,何者正確? 【91.學測補】
(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,其氫氧根離子濃度大於氫離子濃度
( B ) 5. 已知某溫度時,水的 K w (即[H + ]×[OH - ])=1.21×10 -14 ,則 pH=7 的水溶液為:
(A)酸性 (B)鹼性 (C)中性 (D)無法判定
( 2. pH=2 [H+]=10-2 M,(A) pH=7;(B) +
=0.0505 M;(C) =10-2 M;
(D) =0.05 M。)
((1) 甲液使石蕊試紙呈藍色 甲為 NaOH(aq)。
(2) 由石蕊試紙不變色,故知丙液可中和甲液 丙為 HCl(aq)。)
( 1. 胃液主要成分為鹽酸,
具酸的特性。)
6
4-2 課後練習
( 3. 甲與乙混合呈紅色 甲、乙中有一為鹼,
另一為酚酞 丙為酸。)
( 4. (A)強鹼水溶液中,H+ 和 OH- 同時存在,且[OH-]>[H+];(B) pH<0 的水溶 液酸性比 pH=0 的水溶液酸性還要強;(C) Kw值僅受溫度影響,故定溫下,
Kw值恆為定值;(D) pH 值↑ [H+]↓ [OH-]↑。)
( 5. 此溫下,[H+]×[OH-]=1.21×10-14 [OH-]=1.21×
10-7>10-7=[H+]。因此 pH=7 的水溶液呈鹼性。)
( 8. (A)分子化合物;(B)解離度;(C)部分為分子化合物。)
剛果紅 (藍)3.1~5.1(紅)
溴瑞香草藍 (黃)6.0~7.6(藍)
石蕊 (紅)5.5~8.0(藍)
( D ) 6. 阿司匹靈是脂溶性的,非常容易經由胃壁被人體吸收。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 麼阿司匹靈應該為哪一種酸鹼?
(A)強鹼 (B)弱鹼 (C)強酸 (D)弱酸
( B ) 7. 可樂是夏天大眾化的消暑飲料之一,內含磷酸及碳酸成分。某生經由滴定分析其酸鹼 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
( B ) 8. 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? 【101.學測】
(A)氯化鈉 (B)氯化鈣 (C)蔗糖 (D)碳酸鈉 (E)氫氧化鉀 ◎ 甲、乙、丙為三種不同濃度的鹽酸溶液,將不同體積的甲、
乙、丙溶液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)如右圖所示,試回答 9.、10.題: 【101.學測】
( C ) 9. 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 溶液的濃度大小順序為: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 ℃
( C )10. 根據右上圖,約多少毫升的甲溶液與過量的強鹼水溶液反應後,其所產生之溫度變化,
相當於 5 毫升的乙溶液與過量的強鹼水溶液反應,所產生的溫度變化?
(A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5
( C )11. 下列有關電解質水溶液的敘述,何者正確?
(A)水溶液必為鹼性 (B)溶液中陰、陽離子數目必相等 (C)溶液中必有離子存在 (D)水溶液必為無色
( D )12. 有關酸、鹼及其反應,下列敘述何項正確?
(A) 1 莫耳醋酸溶於水,可解離出 1 莫耳的 H + (B)酸與鹼完全中和後的水溶液必呈中 性 (C) NH 3(g) 分子中無 OH - 離子,故溶於水不生成 OH -離子 (D)酸鹼中和時水溫 必會升高
( C )13. 某些指示劑變色範圍如右表,某單質子酸 0.1 M,以剛果紅試紙測之呈紅色,以溴瑞香草 藍測之呈黃色,以石蕊試紙測之呈紅色,此 單質子酸溶液的氫離子濃度最可能為何?
(A) 3 × 10- 3 M (B) 4 × 10- 5 M (C) 7 × 10- 6 M (D) 8 × 10- 7 M
( 6. NaHCO3為弱鹼,故阿司匹靈為弱酸。)
( 7. ∵ [H+]=4×10-3,
∴ 10-3<[H+]<10-2 2<pH<3。)
( 9. (A)中和反應為放熱,故水溫升高;(B)因強鹼過量,故反應後水溶液呈鹼性;
(C)只知為強鹼;(E)由圖中 4 mL 對應甲線之 4 ℃。)
(10. 原有 HCl 的莫耳數決定了反應放出的熱量,
故由圖得需甲 3 mL。)
(11. (A)水溶液呈酸性、中性、鹼性均有可能;(B)陰、陽離子數目不一定相等,
但必保持電中性。)
(12. (A)弱酸不會完全解離出 H
+;(B)強酸與強鹼完全中和後呈中性;強酸與弱鹼完全中和後呈酸性;弱酸與強 鹼完全中和後呈鹼性;(C)溶於水,呈鹼性,有 OH
-存在;(D)酸鹼中和是放熱反應,水溫會升高。)
(13. 由圖示可知此溶液 pH=5.1~5.5
故[H+] = 10- 5.1~10-5.5
[H
+]≒7 × 10-6(M)。)
第 4 章 常見的化學反應 121
*( AD )14. 家庭廚房中常用的調味品有食鹽、米酒與食醋。其中,食鹽的主要成分是氯化鈉,米 酒中含有乙醇,食醋中則含有乙酸。下列有關此三種物質的敘述,哪些正確?
(A)此三種物質的水溶液,食鹽與米酒呈中性,食醋呈酸性 (B)此三種物質的水溶液,
在相同濃度時,以食醋的導電性最好 (C)氯化鈉、乙醇與乙酸中,以氯化鈉的熔點最 低 (D)乙醇與乙酸屬於分子化合物 (E)氯化鈉易溶於揮發性有機溶劑【101.學測】
( AC )15. 下列關於醋酸(CH3COOH)水溶液性質的敘述,何者正確?
D (A)溶液能導電 (B)氫離子數與氫氧根離子數相同 (C)溶液呈現電中性 (D)陽離子 數等於陰離子數 (E) [CH 3 COO - ]=[OH - ]
*( DE )16. 下列有關酸鹼的敘述,何者正確?
(A)所有的酸皆為離子化合物 (B)以溶解度區分強弱,溶解度小者為弱酸或弱鹼 (C)所有的鹼均為離子化合物 (D)凡是酸均有酸味 (E)鹼可溶解油脂
17. 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。試
回答下列(1)、(2)題: 【89.學測】
pH 值 2 4 6 8 10 12
顏色 紅 粉紫 藍紫 綠青 青綠 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?
(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
█:(1) 紅色;(2)E
18. 已知強酸與強鹼的中和熱為 56 kJ/mol,室溫下將 1.0 M 的 NaOH (aq) 50 mL 與 1.0 M 的 HCl (aq)
50 mL 混合達熱平衡時,水溫上升多少℃?(假設溶液比熱皆為 1 cal/g.℃,且無其它熱量 損失。1 cal=4.18 J)
█:6.7 ℃
(17. (1)∵胃液(鹽酸)之 pH 在 1 至 2 間,∴紫甘藍汁會呈紅色。)
(17. (2)可加入鹼性物質,使 pH 在 8 至 10 間,可呈青綠色。
(B)為酸性;(A)(C)(D)為中性;(E)為鹼性。)
(10. 生成的水有 1.0×0.05=5×10-2 mol,由 ΔH=m×s×ΔT =100×1×ΔT ΔT=6.7 ℃。)
(15. (B) CH3COOH CH3COO- + H+,H+ 數多於 OH
- 數;(E) [CH3COO-]=[H+]。)
(16. (A)分子化合物;(B)解離度;(D)部分為分子化合物。)
二、進階題 (*多重選擇題)
( D ) 1. 從下列哪一現象可以判斷某酸是強酸?
(A)加熱該酸至沸騰也不分解 (B)該酸可以分解石灰石放出 CO 2 (C)該酸可以把 Al(OH) 3 沉澱溶解 (D)該酸濃度為 0.1 M 時 pH 為 1
( D ) 2. 25 ℃時,某水溶液中=400,則 pH=?(log2=0.3)
(A) 7.3 (B) 6.7 (C) 6.3 (D) 5.7 (E) 5.3
( C ) 3. 下列酸鹼反應中,何者能用淨離子方程式:H + (aq) +OH - (aq) ─→ H 2 O () 來表示?
(A) H 2 SO 4 +Ba(OH) 2 ─→BaSO 4 +H 2 O (B) CH 3 COOH+NaOH─→CH 3 COONa+H 2 O (C) NaOH + HCl ─→ NaCl+H 2 O (D) Cu(OH) 2 +2 HNO 3 ─→ Cu(NO 3 ) 2 +H 2 O
*( DE ) 4. 下列有關酸鹼的敘述,何者正確? 【91.學測補考】
(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,其氫氧根離子濃度大於氫離子濃度
( B ) 5. 在常溫、常壓下,某酸性水溶液甲的 pH 值為 5。取甲液 1 毫升,加水稀釋到 1 公升 為乙液,則乙液的 pH 值應為何?
(A) 8 (B) 7 (C) 6 (D) 5
( D ) 6. 用 1 M 的 H 2 SO 4 水溶液慢慢的滴入 20 mL 1 M 的 Ba(OH) 2 水溶液中,下列何者會隨 H 2 SO 4 的加入而增加?
(A)溶液中的[OH - ] (B)溶液的導電性 (C)溶液中的 pH 值 (D)溶液中的[H + ] ( B ) 7. 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,從下列實 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 【96.學測】
( C ) 8. 錐形瓶內先裝入 0.15 M HCl (aq) 10 毫升後,再加入 15 毫升蒸餾水和 3 滴酚,以未知濃 度之 NaOH (aq) 滴定,用去 12.5 毫升,酚酞剛好變色(指示劑變色表示達滴定終點,即 酸提供 H + mol 數=鹼提供 OH - mol 數),則此 NaOH(aq)濃度為多少 M?
(A) 0.20 (B) 0.60 (C) 0.12 (D) 0.40
( D ) 9. 100 ℃的水,假設其 K w =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 25 ℃的水溶液各有相同之[H + ] (D) pH = 1 的 100 ℃及 25 ℃的水溶液各有相同 之 [OH - ]
( 5. 酸性水溶液無論怎麼加水稀釋,pH 值僅能很接近 7,
不可能大於 7。)
( 1. 強酸在水中可完全解離,因此 0.1 M 濃度 下,pH 值會1。)
( 2. ×Kw=[H+]2=400×10-14 [H+]=2×10-6 M,pH=5.7。)
( 4. (A)只要含水就有 H+ 及 OH- 的存在;(C)糖為中性成分,無 法中和酸;(D)檸檬汁呈酸性,因此[H+]>[OH-]。)
( 3. H (aq) + OH-(aq) ─→ H2O(l) 僅適用於強酸 + 強鹼。(A)因為除了酸鹼中和 外,尚有離子沉澱物(BaSO4(s)),故不能選。)
( 6. 解析見 p. 123。)
( 7. 解析見 p. 123。)
( 8. 指示劑變色 達終點,酸提供 H+ mol 數=
鹼提供 OH- mol 數 0.15 × × 1=C × × 1 C=0.12 M。)
( D )10. 下列各組水溶液均各以 100 毫升相混合,何者放熱最多?
(A) 0.10 M HCl + 0.10 M NaOH (B) 0.20 M CH 3 COOH + 0.10 M NaOH (C) 0.10 M HCl + 0.20 M NaOH (D) 0.10 M H 2 SO 4 + 0.10 M Ba(OH) 2
*( BD )11. 下列有關水與水溶液的敘述,何者正確?
(A) 80 ℃時,pH+pOH>14 (B) 80 ℃時,pH=7 為鹼性 (C) 10℃時,pH=7 為鹼 性 (D) 25℃時,0.1 M 的 NaOH 之 pK w =14 (E)在 10℃與 80 ℃下的兩杯 pH 均為 1 之溶液,前者的[H + ]較大
*( AD )12. 於 24 ℃時,將 10 -8 莫耳的 HCl (g) 配成 1 升水溶液,其中離子濃度間的關係式,何 E 者正確?
(A) [OH - ]=[H + ]-[Cl - ] (B) [H + ]=[Cl - ]=10 -8 M (C) [H + ][OH - ]>10 -14 (D) [H + ] 2 -10 -8 [H + ]-10 -14 =0 (E)溶液的 pH<7
*( BC )13. 下列哪些常見的物質在 25 ℃時,其 pH 值大於 7?
FI (A)雨水 (B)海水 (C)肥皂水 (D)汽水 (E)檸檬汁 (F)蘇打水 (G)胃液 (H)可樂 (I)血液
14. 求 25 ℃時,下列水溶液之 pH 值=?(log2=0.3,log3=0.48)
(1) [H + ]=9×10 -5 M (2) [H + ]=2.5×10 -3 M (3) [OH - ]=4.8×10 -5 M
█:(1) 4.04;(2) 2.6;(3) 9.68
( 3. 解析見 p. 128。)
(13. 找鹼性物質,(A)雨水之 pH<7;(H)可樂含有碳酸。)
(14. (1) pH=-log(9×10-5)=5-log9=5-2 log3=4.04。
(2) pH=-log(2.5×10-3)=3-log(5/2)
=3-log5+log2=3-(log10-log2)+log2=2.6。
(3) pOH=-log(4.8×10-5)=5-log(48/10)
=5-(log16+log3-log10)=5-(log24+log3-log10)
=5-(4×0.3+0.48-1)=4.32,
pH=14-4.32=9.68。)
(12. (A)電中性原理:[H+]=[OH-]+[Cl-];(B) 10-8 M 的 HCl(g)可解離出 10-8 M 的 H+(比水本身的解離還少),故此時必須 要考慮水本身的解離 10-7 M 的 H+;(C) [H+][OH-]=Kw=1.0×10-14,∴ [H+]≒10-7 M,[Cl-] ≒10-8 M;(D)∵[OH-] = [H+]-[Cl-] =[H+]-[Cl-] [H+]2-10-8[H+]-10-14=0。)
(二、6. (A)(C)(D)將 H2SO4水溶液慢慢滴入 Ba(OH)2(aq)(強鹼)時,[H+]會漸增,而[OH-]會漸減,pH 值亦會漸減;(B)導 電度與離子濃度有關,當 H2SO4(aq) 加入 Ba(OH)2(aq)時會產生沉澱,故導電性會隨 H2SO4(aq)加入而遞減,但當
H2SO4(aq)加過量時,導電性又會慢慢遞增。)
(二、7. 酸;鹽酸 HCl(aq);鹼:氫氧化鈉 NaOH(aq);鹽:氯化鈉 NaCl(aq)。(1) 甲試管使「石蕊試紙」呈藍色,為鹼 性 氫氧化鈉。(2) 丙試管使「溴瑞香草酚藍」呈黃色,為酸性 鹽酸。(3) 甲試管+丙試管等量混和後,
上述兩種指示劑都不變色,加熱得白色晶體。HCl(aq)+NaOH(aq) ─→ NaCl(aq)+H2O()。)
(11. (A) T↑,Kw↑ 80℃之 pH+pOH<14;(C)∵ [H+]×[OH-]<10-14 M2,∴ [OH-]<[H+]=10-7 M;(E) [H+]皆為 0.1 M。)
(10. 酸、鹼中和放熱與產生水的莫耳數成正比。同莫耳的水產生,以強酸、強鹼放熱最多。(A) HCl + NaOH ─→ NaCl + H2O(強酸、強鹼),產生 0.1 莫耳的水;(B) CH3COOH + NaOH ─→ CH3COONa + H2O(弱酸、強鹼),產生 0.1 莫 耳的水;(C) HCl + NaOH ─→ NaCl + H2O(強酸、強鹼),產生 0.1 莫耳的水;(D) H2SO4 + Ba(OH)2 ─→ BaSO4 + 2 H2O(強酸、強鹼),產生 0.2 莫耳的水。)
氧 化 還 原 反 應
學習概念
1. 定義:
定義
作用 狹 義 廣 義
氧 化 物質與氧結合 物質失去電子 還 原 物質失去氧 物質得到電子
例如:(1) 以煤焦還原鐵礦: (2) 以鋅還原銅離子:
2. 氧化劑與還原劑:
(1) 氧化劑:在氧化與還原反應中,使它種物質氧化,而本身被還原的物質。
(2) 還原劑:在氧化與還原反應中,使它種物質還原,而本身被氧化的物質。
氧化劑 還原劑
反應意義 使其他物質氧化﹐本身被 還原者
使其他物質還原﹐本身被 氧化者
電子轉移觀念 在反應中獲得電子之物質
(電子的接受者)
在反應中失去電子之物質
(電子的供給者)
氧化數觀念 氧化數減少之物質 氧化數增加之物質 例如
如 F 2 ﹑Cl 2 ﹑Br 2 ﹑O 2 ﹑ MnO 4- ﹑C r2 O 7 2- 等常作為 氧化劑
如 Li ﹑Na﹑Mg﹑Al 等 常 作還原劑
3. 氧化還原(Redox)反應的特性:
(1) 在氧化還原化學反應中,氧化與還原同時發生,同時結束。
(2) 就電子得失而言,氧化劑所獲得電子數等於還原劑失去之電子數。故在整個反應過程中,
物系仍保持電中性。
氧化與還原
(南一版 p.153)1
註:只有氧化還原反應涉及電子的得失,酸鹼或沉澱反應沒有電子得失情形。
(3) 氧化還原反應可視為由氧化半反應及還原半反應所組成。
例如:以銅片和硝酸銀溶液反應,溶液顏色由無色轉為藍色。
氧化半反應:Cu ─ → Cu 2
++2 e
-……× 1
+)還原半反應:Ag
++e
-─ → Ag………× 2 消去 e
-得 :Cu+2 Ag
+─ → Cu 2
++2 Ag
(4) 氧化還原反應常由較強氧化劑(或還原劑)的一方,生成較弱氧化劑(或還原劑)的一方。
例如:鐵片會與稀酸反應產生氫氣。乃因 Fe 的還原力大於 H 2 ,或 H + 的氧化力大於 Fe 2+
之故。
Fe (s) + 2 H + (aq) Fe 2+ (aq) + H 2(g)
較強還原劑 較強氧化劑 較弱氧化劑 較弱還原劑
(5) 常見金屬當還原劑的強弱順序:(即金屬失去電子的難易,亦是金屬的活性大小)
註:常見氧化還原反應有: 燃燒反應; 電解反應; 電池的充、放電反應;取代(置換)
反應; 元素間的化合反應; 化合物分解成某一元素的反應。
範例 氧化還原的定義 ★★ 《基礎題》
下列關於氧化還原反應的敘述,何者正確?
(A)物質和氧作用稱為還原 (B)一個物質若在反應中得到電子,則表示該物質被氧化 (C)還 原劑是反應中供給電子的物質 (D)氧化或還原半反應可單獨發生
[答案] C
[解析] (A)與氧結合為氧化;(B)得 e
-為還原;(D)得失 e
-要同時發生。
[類題] 關於反應 Fe 2 O 3 +3 CO ─→ 2 Fe+3 CO 2 ,下列敘述何者正確?
(A)此為氧化還原反應 (B) CO 為還原劑 (C) Fe 2 O 3 被氧化為 Fe (D) Fe 2 O 3 為還原劑 (E) CO 被氧化為 CO 2
█: ABE 。
((C) Fe2O3被還原為 Fe;(D) Fe2O3為氧化劑。)
1
範例 氧化還原反應的判斷 ★★ 《進階題》
下列反應中哪些屬於氧化還原反應?
(A)由水蒸氣及紅熱的焦煤製造水煤氣(主要成分含一氧化碳及氫) (B)鋅片溶於稀硫酸放 出氫 (C)碳酸鈣溶於鹽酸放出二氧化碳 (D)由氮及氫以哈柏法製氨 (E)在鹽酸中加入硝酸 銀產生白色沉澱物
[答案] ABD
[解析]
(C) CaCO
3(s)+2 H
+(aq)─→ Ca
2+(aq)+CO
2(g)+H
2O
()(酸鹼反應);
(D) 3 H
2(g)+N
2(g)─→ 2 NH
3(g)(元素間的化合反應);
(E) HCl
(aq)+AgNO
3(aq)─→ AgCl↓+HNO
3(aq)(沉澱反應)。
[類題] 下列哪一項反應不是氧化還原反應?
(A) H 2(g) +Cl 2(g) ─→ 2HCl (g) (B) C (s) +O 2(g) ─→ CO 2(g) (C) Ag + (aq) +Cl - (aq) ─→ AgCl (s)
(D) Zn (s) +Cu 2+ (aq) ─→ Zn 2+ (aq) +Cu (s)
█: C 。
範例 金屬的還原力 ★★★ 《進階題》
右圖是常見金屬失去電子的相對難易順序,水 的位置在錳和鋅之間。下列有關氧化還原反應 的敘述,何者正確?
(A)鋁放到氯化鋅水溶液及鎂放到硫酸鋅水溶液,均須由外界提供能量才會反應 (B)銅還原 碳酸鈣及鎂還原硝酸鐵的反應,均須由外界提供能量 (C)鈉放到硫酸鎂的水溶液中,鈉會 氧化而溶解,鎂會析出 (D)氯化鈉可使鐵加速氧化生鏽,會使海砂屋的鋼筋易腐蝕
[答案] D
[解析] (A)活性:Mg>Al>Zn,故 Mg、Al 可還原 Zn
2+,因此不須外界提供能量;(B)鎂還原硝酸鐵,
不須外界提供能量;(C)鈉與水反應掉,故不能使 Mg
2+析出。
[類題] 1. 離子化傾向較大的金屬原子者較易形成離子。下列有關離子化傾向較小的金屬,其離子 性質的相關敘述,哪些正確?
(A)較易被還原 (B)較易被氧化 (C)較易失去電子 (D)較易獲得電子
█: AD 。
[類題] 2. 金屬鋅可用來還原下列哪些離子?
(A) Na + (aq) (B) Mg 2+ (aq) (C) Fe 2+ (aq) (D) H + (aq) (E) Ca 2+ (aq)
█: CD 。
(酸鹼中和及沉澱反應絕對不會是氧化還原反應。)
(1. M 易氧化 M n++ne-,不易氧化之 M,其離子(M n+)易還原。)
(2. ∵活性 Ca>Na>Mg>Zn>Fe>H2,∴ Zn 可還原 Fe2+及 H+。)
2
3
學習概念
1. 氧化還原反應平衡與常見的氧化劑、還原劑:
氧化劑及還原劑在工業上的應用甚為普遍,例如次氯酸鈉(NaClO)、過氧化氫(H 2 O 2 ) 可作為衣服的漂白劑,Cl 2 、O 3 可作為自來水的消毒劑,這些物質都在上述反應中作為氧化 劑。SO 2 被用來作為免洗筷的漂白劑,在漂白的過程中,它是作為還原劑。同一種物質,可 能作為氧化劑,也可能作為還原劑,例如 H 2 O 2 。
(1) 氧化劑及其產物:
氧化劑及其產物 還原半反應式
MnO 4 - ──→ Mn2 + MnO 4 - ────→ MnO 2
MnO 4 - ──→ MnO 4 2-
MnO 4 - + 8 H + + 5 e - ─→ Mn 2+ + 4 H 2 O MnO 4 - + 2 H 2 O + 3 e - ─→ MnO 2 + 4 OH - MnO 4 - + e - ─→ MnO 4 2-
Cr 2 O 7 2- ─→ Cr 3+ Cr 2 O 7 2- + 14 H + + 6 e - ─→ 2 Cr 3+ + 7 H 2 O H 2 O 2 ─→ H 2 O H 2 O 2 + 2 H + + 2 e - ─→ 2 H 2 O
HNO 3 (濃)────→ NO 2 HNO 3 + H + + e - ─→ NO 2 + H 2 O HNO 3 (稀)────→ NO HNO 3 + 3 H + + 3 e - ─→ NO + 2 H 2 O HNO 3 (稀)──→ NH 4 + HNO 3 + 9 H + + 8 e - ─→ NH 4 + + 3 H 2 O H 2 SO 4 (濃)────→ SO 2 H 2 SO 4 + 2 H + + 2 e - ─→ SO 2 + 2 H 2 O H 2 SO 4 (濃)──→ S H 2 SO 4 + 6 H + + 6 e - ─→ S + 4 H 2 O X 2 (鹵素) ─→ X - X 2 (鹵素)+ 2 e - ─→ 2 X -
Ce 4+ ─→ Ce 3+ Ce 4+ + e - ─→ Ce 3+
Fe 3+ ─→ Fe 2+ Fe 3+ + e - ─→ Fe 2+
(2) 還原劑及其產物:
還原劑及其產物 氧化半反應式
C 2 O 4 2- (H 2 C 2 O 4 )─→ CO 2 H 2 C 2 O 4 ─→ 2 CO 2 + 2 H + + 2 e-
H 2 S ─→ S H 2 S ─→ S + 2 H + + 2 e - H 2 O 2 ─→ O 2 H 2 O 2 ─→ O 2 + 2 H + + 2 e -
NO 2 - ─→ NO 3 - NO 2 - + H 2 O ─→ NO 3 - + 2 H + + 2 e - SO 2 (SO 3 2 - ﹐HSO 3 - )─→ SO 4 2 - SO 2 + 2 H 2 O ─→ SO 4 2 - + 4 H + + 2 e - S 2 O 3 2 - ─→ S 4 O 6 2 - 2 S 2 O 3 2 - ─→ S 4 O 6 2 - + 2 e -
S 2 O 3 2 - ───────→ SO 4 2 - S 2 O 3 2- +5 H 2 O─→2 SO 4 2 - + 8 e - +10 H + Sn 2+ ─→ Sn4 + Sn 2+ ─→ Sn 4+ + 2 e -
常見氧化劑與還原劑
(南一版 p.157)2
還原劑及其產物 氧化半反應式 Fe 2+ - Fe → 3+ Fe 2+ -→ Fe 3+ + e -
X - - X → 2 2 X - -→ X 2 + 2 e - 2. 鐵的冶煉:
(1) 原料:鐵礦(Fe 2 O 3 等)、煤焦及灰石(CaCO 3 ) (2) 裝置:
▲ 熔融的鐵與鼓風爐煉鐵示意圖 (3) 反應式:3 C (s) +2 Fe 2 O 3(s) ─→ 3 CO 2(g) +4 Fe (s)
2 C (s) +O 2(g) ─→ 2 CO (g)
3 CO (g) +Fe 2 O 3(s) ─→ 3 CO 2(g) +2 Fe (s)
(4) 使用灰石的目的:可除去矽砂,且生成的熔渣浮於鐵水上,可避免鐵再度氧化。
CaO
(s)+ SiO 2(s) ─→CaSiO 3(s)
範例 鐵的冶煉 ★★ 《基礎題》
有關使用鼓風爐煉鐵,下列敘述何者正確?
(A)鼓風爐所煉得的鐵為含碳量較高的生鐵,富延性,可製成鐵絲 (B)加入煤焦作為燃料 (C) 鐵礦含有泥砂時,可加入灰石加以除去 (D)黃鐵礦含有難以去掉的硫,會影響鐵質,不適合 煉鐵 (E)所產生熔渣的密度比鐵小而浮於熔融的鐵上面
[答案] BCDE
[解析] (A)生鐵又稱鑄鐵,質硬而脆,用途極受限制。
[類題] 下列敘述,何者正確?
(A)磁鐵礦的主要成分為 Fe 2 O 3 (B)鼓風爐煉鐵的主要還原劑為灰石 (C)鼓風爐可冶煉鑄 鐵,含碳量高,適合製作鐵器 (D)熔渣為 CaSiO 3 ,可保護鐵不受氧化,並可供製造水泥
答
: D 。
4
((A)磁鐵礦的主要成分為 Fe3O4;(B)鼓風爐煉鐵的主要還原劑為煤焦;(C)鼓風 爐可冶煉鑄鐵,含碳量高,較缺乏延性及展性,不適合製作鐵器。)