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第 4 章 化常見的化學反應

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Academic year: 2021

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(1)

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

(2)

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)

(3)

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

2

O。

  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

(4)

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

2

O

()

─→ 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+ClH+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

(5)

█: 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

(6)

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

(7)

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。)

(8)

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

(9)

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

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

(10)

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

2

SO

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

(11)

  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

-5

M<10×10

-5

M 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

(12)

▼ 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

3

COOH

(aq)

+OH

(aq)

─→ CH

3

COO

(aq)

+H

2

O

()

  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。

(13)

  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

-2

mol,

由反應方程式得知需用去 Al(OH)

3

=6×10

-3

mol=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

2

O 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 Hmol 數=用去的 OHmol 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

(14)

  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。)

(15)

( 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)

      。)

(16)

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。)

(17)

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。)

(18)

( 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。)

(19)

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

(20)

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。

(21)

 (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

(22)

  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

2

O

()

(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

(23)

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

(24)

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

: 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。)

參考文獻

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