Chapter 5 酸、鹼、鹽

目錄 5-1 酸鹼強度與解離常數 5-2 多質子酸及其解離常數 5-3 鹽的種類與水解反應 5-4 同離子效應 5-5 緩衝溶液

學習概念圖

5-1 酸鹼強度與解離常數 酸鹼強度與解離常數 酸鹼強度 Ka：酸的解離常數 弱酸的解離 氫氣球與酸的強弱 Kb：鹼的解離常數 共軛酸鹼對 科學家小傳 試題演練

5-2 多質子酸及其解離常數 多質子酸及其解離常數 多質子酸及其解離常數 硫酸擁有兩個不同的解離常數 可樂：碳酸及磷酸(多質子酸) 單質子酸-滴定曲線 雙質子酸-滴定曲線 試題演練

5-3 鹽的種類與水解反應 鹽的種類與水解反應 鹽的種類 鹽的水解反應 酸式鹽不一定是酸性 磷酸、亞磷酸與次磷酸之鈉鹽 生活中常見的酸、鹼、鹽 強酸與強鹼所產生的正鹽 鹽的水解反應 強酸與弱鹼所產生的正鹽 弱酸與強鹼所產生的正鹽 酸式鹽不一定是酸性 磷酸、亞磷酸與次磷酸之鈉鹽 磷酸二氫鈉溶於水呈酸性 試題演練

5-4 同離子效應 同離子效應 同離子效應 例題 試題演練

5-5 緩衝溶液 緩衝溶液 例題 緩衝溶液 緩衝溶液的應用 血液緩衝系統的組成 試題演練

The End

5-1 酸鹼強度與解離常數

酸鹼強度

Ka：酸的解離常數 酸的解離度愈高，其Ka值也愈大， Ka值高低可作為酸強弱的判斷依據

部分酸及其解離常數

酸的解離常數(1)

酸的解離常數(2)

弱酸的解離 溶液中各種分子與離子的濃度間的關係， 要符合下列四項關係式： 其平衡常數表示式等於Ka [H＋][OH－] ＝Kw 物質守恆：若HA的初濃度為C0，則C0 ＝[HA] ＋[A－] 溶液呈電中性： [H＋] ＝[A－] ＋ [OH－]

氫氣球與酸的強弱 鹽酸的解離常數高於醋酸 相同濃度的鹽酸和醋酸分別與鎂反應時，鹽酸可在短時間內先生成較多氫氣 鹽酸 醋酸

例題 5-1

Kb：鹼的解離常數 當鹼接受氫離子的能力愈強時，Kb值也愈大，因此，Kb值高低便可作為鹼強弱的判斷依據

部分鹼及其解離常數

鹼的解離常數(1)

鹼的解離常數(2)

例題 5-3

共軛酸鹼對：HA與A－

共軛酸鹼對-實例 碳酸氫根的Ka為4.7 × 10－11 碳酸根離子的Kb為2.1 × 10－4 此兩者為共軛酸鹼對 ≒ 1.0×10－14

科學家小傳：布忍斯特與洛瑞 布忍斯特與洛瑞分別於1923年對阿瑞尼斯酸鹼理論提出修正： 酸鹼反應僅是物質間所進行的質子傳遞反應，其中能提供質子者為酸，而能接受質子者為鹼。 布忍斯特 洛瑞

5-2 多質子酸及其解離常數

多質子酸及其解離常數

硫酸擁有兩個不同的解離常數 故若將0.100 莫耳的硫酸溶於一升水中，其氫離子濃度僅為0.101 M，而非0.200 M，若以pH計測量其pH值，應接近1.00，而非0.70。

例題 5-6

例題 5-7 在25 ℃時，氫硫酸的第一及第二解離常數分別為1.0 × 10－7及1.0 × 10－19，求0.10 M的氫硫酸水溶液中氫離子及硫離子的濃度為何？

例題 5-7 答案

可樂：碳酸及磷酸(多質子酸)

單質子酸-滴定曲線 (A)以0.10 M氫氧化鈉滴定0.10 M HCl（25.0 mL）

雙質子酸-滴定曲線 (B)以0.10 M氫氧化鈉滴定0.10 M H2SO3（25.0 mL）

5-3 鹽的種類與水解反應

鹽的種類 1 正鹽 酸中可解離的氫離子完全被金屬或其他陽離子取代的物質，或鹼中可解離的氫氧離子完全被非金屬或其他陰離子取代的物質 例：NH4Cl、 NaCl 、Na2CO3

鹽的種類 2 酸式鹽 組成中仍含有可解離的氫離子的鹽類 例：KH2PO4 磷酸二氫鉀 、NaHCO3 碳酸氫鈉 鹼式鹽 組成中仍含有氫氧離子的鹽類 例：Cu2(OH)2CO3 鹼式碳酸銅

鹽的種類 3 複鹽 某些鹽在水中解離後，其成分可視為由兩種不同的鹽類混合而成，但結晶時又成為純物質，這一類的鹽稱為複鹽，如明礬

鹽的種類 4 錯鹽 屬於配位化合物，大多含有兩種陽離子（金屬離子或銨根） 溶解在水中後，解離出一種陽離子與錯離子

生活中常見的酸、鹼、鹽

多巴胺 多巴胺（dopamine）為一生物鹼，因具有與氨類似的結構，故也屬於鹼。 多巴胺是腦中的重要化學物質，為訊息的傳遞者，含量不足時易引起巴金森症，嚴重患者的肢體與臉部會出現不自主抽搐，四肢也無法靈活運動。不過最近美國 德州 貝勒醫學研究院也發現多巴胺是動物性慾的催使者。研究顯示：缺乏多巴胺的母鼠，對雄性幾乎沒有任何興趣。 多巴胺的結構

魚肉腐敗時比豬肉、牛肉臭 科學家已瞭解為何魚肉腐敗時多比其他肉類腥臭，主要原因是魚肉含有三甲基胺與二甲基胺的衍生物： 當這兩種衍生物暴露於空氣中時，便易被酵素與細菌催化氧化而釋出三甲基胺與二甲基胺，這兩種鹼性物質因具揮發性，故魚肉久置便易令人感到腥臭。

茶與咖啡會影響消化 多數人食用油炸食品時會感到脹膩，於是多會喝茶或咖啡幫助消化。不過根據酸鹼反應，飯後若立即飲用茶或咖啡多無濟於事，反會令胃部感到不適，其主要原因是茶中含有茶鹼而咖啡中含有咖啡因。 由於茶鹼與咖啡因為鹼性物質，因此會與胃酸進行中和，致使胃酸無法充分分解食物，因此營養學家也多建議飯中或飯後不宜立即飲用茶或咖啡。

氯化鈉含量 高級精鹽：氯化鈉含量占99.5 ％以上 高級無碘精鹽：氯化鈉含量占99.5 ％以上但不含碘 健康低鈉鹽：氯化鈉含量約占53 ％ 健康美味鹽：氯化鈉含量占33 ％左右

鹽的水解反應 酸性 中性 鹼性

醋酸根離子進行水解反應

強酸與強鹼所產生的正鹽 由於反應極為完全，致使其逆反應（氯化鈉的水解）幾乎可忽略而不予考慮，因此若將氯化鈉溶入純水中，溶液的pH值不會產生明顯變化。

強酸與弱鹼所產生的正鹽

氯化銨溶液呈酸性

強酸滴定弱鹼，滴定終點呈酸性

弱酸與強鹼所產生的正鹽

強鹼滴定弱酸，滴定終點呈鹼性

例題 5-8 已知25 ℃時，醋酸的解離常數為1.8 × 10－5： (1) 試問醋酸根離子的Kb值為何？ 例題 5-8 已知25 ℃時，醋酸的解離常數為1.8 × 10－5： (1) 試問醋酸根離子的Kb值為何？ (2) 若將1.0莫耳的CH3COONa溶於一升純水中，溶液體積並無明顯變化，試問溶液的pH值將如何變化？

例題 5-8 答案(1)

例題 5-8 答案(2)

酸式鹽不一定是酸性 四瓶中均添加了廣用指示劑，顯示酸式鹽不一定是酸性

磷酸、亞磷酸與次磷酸之鈉鹽

例題 5-9 已知磷酸的Ka1、Ka2與Ka3分別為7.1 × 10－3、6.3 × 10－8與4.4 × 10－13。磷酸與氫氧化鈉反應產生幾種酸式鹽？試判斷其溶於水中的酸鹼性如何？ 答： 磷酸與氫氧化鈉反應，產生磷酸二氫鈉（NaH2PO4） 、磷酸氫二鈉（Na2HPO4）兩種酸式鹽

(1)磷酸二氫鈉溶於水呈酸性

(2)磷酸氫二鈉溶於水呈鹼性

5-4 同離子效應

同離子效應 在難溶性或低解離度的酸、鹼、鹽溶液中，加入與溶液組成相同的陰離子或陽離子時，其溶解度或解離度會降低

例題 5-10 設醋酸溶解後，溶液體積不變，已知醋酸的解離常數為1.8 × 10－5 例題 5-10 設醋酸溶解後，溶液體積不變，已知醋酸的解離常數為1.8 × 10－5 試計算將0.10莫耳的醋酸分別溶於一升純水或一升0.10 M的醋酸鈉溶液中時，其解離度各為何值？

例題 5-10 答案(1)

例題 5-10 答案(2) 結果：醋酸的解離度會因醋酸鈉的存在而明顯下降

5-5 緩衝溶液

緩衝溶液 由弱酸與其共軛鹼或弱鹼與其共軛酸混合可配製緩衝溶液，此種溶液中若添加少量的強酸或強鹼，並不會大幅影響其pH值，因此能保持較穩定的pH值。

例題 5-11 將0.100莫耳的醋酸和0.100莫耳的醋酸鈉溶於水中，並配製成1.0公升的緩衝溶液。 例題 5-11 將0.100莫耳的醋酸和0.100莫耳的醋酸鈉溶於水中，並配製成1.0公升的緩衝溶液。 （醋酸的Ka ＝ 1.80 × 10－5） 試求： (1) 此溶液的pH值　 (2) 加入0.010 mol的氫氧化鈉後溶液的pH值　　 (3) 加入0.010 mol的氯化氫後溶液的pH值

例題 5-11 答案(1)

例題 5-11 答案(2)

緩衝溶液的應用 眾多生物酶的催化反應僅能在很小的pH值範圍內進行，因此生物體內的細胞和血液均為緩衝溶液，用以維持pH值的穩定 血液流經全身，擔任輸送氧氣及二氧化碳的重責大任，為生物體中重要的緩衝溶液 血液略呈鹼性，其pH值維持在7.35至7.45之間。若低於7.35，稱為酸中毒， 而高於7.45則稱鹼中毒。

血液緩衝系統的組成 緩衝溶液可由弱酸與其共軛鹼或弱鹼與其共軛酸組成，而形成血液緩衝系統的組成為碳酸—碳酸氫根離子，此系統的碳酸也能分解成二氧化碳和水，其化學平衡式可表示如下：

單選題 3. 下列有關pH的敘述，何者正確？ (A) 25 ℃時pH ＝ 3的鹽酸之氫離子濃度大於pH ＝ 3的醋酸水溶液之氫離子濃度 (B) 25 ℃時1 × 10－3 M氫氧化鈉水溶液的pOH值和 50 ℃時1 × 10－3 M氫氧化鈉水溶液的pOH值相等 (C) 25 ℃時1 × 10－8 M的鹽酸其pOH ＝ 6 (D) 25 ℃時pH ＝ 3的鹽酸和pH ＝ 3的醋酸水溶液分別以水稀釋為十倍，兩者的pH值均增加1

單選題 3. 答案 答：(B) (A) pH值相等則氫離子濃度必相等 (B)氫氧離子濃度相等則pOH必相等 (C) 1 × 10－8 M的鹽酸，其pH值略小於7，所以pOH略大於7 (D)加水稀釋為十倍時，鹽酸pH值增加l，而醋酸pH值約增加0.5

習題 4. 已知某單質子弱酸HA的Ka ＝ 4.0 × 10－5，求0.10 M HA水溶液的pH值及[A－]。 答：[A－] ＝ [H＋] ＝ 2.0 × 10－3 M，pH ＝ 2.7

習題 6. 有pH均為3.0之鹽酸及醋酸兩溶液各1.0升，如果將兩溶液分別用水稀釋至2.0升，溶液H＋的濃度是否仍相等？ 答：鹽酸為強酸，稀釋後濃度減半， [H＋] ＝ 5.0 × 10－4 M 醋酸為弱酸，稀釋後解離度變大， 所以[H＋] ＞ 5.0 × 10－4 M ∴兩者[H＋]不相等

單選題 8. 答：(D) (A) Ka1 ＝ 6.4 × 10－2，因解離，[H2C2O4] ＜ 0.10 M (B)草酸為弱酸，不會完全解離，[H＋] ＜ 0.20 M (D)由於[H＋] ≒ [ HC2O4－]， [C2O42－] ≒ Ka2

多選題 3. 下列酸溶液的濃度皆為0.10 M，有關各酸溶液的[H＋]大小順序，何者正確？

多選題 3. 答案 答：(B)(E) H2SO4為雙質子強酸 ∴ 0.1 M之H2SO4之[H＋]介於0.1 M與0.2 M之間 HCl為強酸　∴ 0.1 M之HCl之[H＋] ＝ 0.1 M H3PO4為弱酸　∴ 0.1 M之H3PO4之[H＋] ＜0.1 M H2CO3為極弱酸　∴ 0.1 M之H2CO3之[H＋] ＜ 0.1 M 同一元素的含氧酸中，分子中氧原子數愈多者，酸性愈強。但磷的含氧酸恰為例外， 其強度為H3PO3 ＞ H3PO2 ＞ H3PO4

單選題 12. 關於鹽之種類及水溶液之酸鹼性，以下敘述，何者錯誤？

單選題 12. 答案 答：(D) (D) Ca(OCl)2可視為強鹼，Ca(OH)2與弱酸HClO形成的鹽類，水溶液呈鹼性。

習題 8. 於100毫升的0.1 M CH3COOH水溶液中，加入少量固體CH3COONa後，溶液的pH值有何變化？醋酸的解離度有何變化？ 從另一角度看，CH3COONa會造成同離子效應，使醋酸解離度變小，[H＋]減小。

單選題 14. 下列有關緩衝液的敘述，何者錯誤？ (A)緩衝液是弱酸稀釋後的水溶液 (B)酵素催化反應通常需在緩衝液中進行 (C)緩衝液之pH值不會因為加入少量的酸或鹼 而發生大幅度的變化 (D)緩衝液是利用同離子效應的原理 答：(A)