Chapter 7 酸與鹼

本章目錄 7-1 酸鹼的性質與命名 7-2 酸鹼學說 7-2A 阿瑞尼斯酸鹼學說 7-2B 布-洛酸鹼學說 7-3 水的解離與pH值 7-1C 鹼的命名 7-2 酸鹼學說 7-2A 阿瑞尼斯酸鹼學說 7-2B 布-洛酸鹼學說 7-3 水的解離與pH值 7-3A pH值 7-3B 水的離子積常數 7-4 酸鹼反應 7-5 酸鹼滴定

Ch7 學習概念圖

7-1酸鹼的性質與命名 酸鹼的基本性質 酸的命名 酸鹼的性質與命名 磷酸、亞磷酸、次磷酸的比較 鹼的命名

7-2 酸鹼學說 阿瑞尼斯酸鹼學說 布-洛酸鹼學說 酸鹼學說 兩性酸鹼物質 共軛酸鹼對 酸鹼強度表 路易斯電子說

7-3 水的解離與pH值 酸的強弱與解離度 pH值的含義 pH值：簡單計算 水的解離與pH值 酸性、中性、鹼性溶液的判斷 水的離子積常數 溫度與Kw、酸鹼性關係 強酸稀釋

7-4 酸鹼反應 酸鹼反應定義 方程式表示法 酸鹼反應 酸鹼反應：中和熱 酸鹼中和應用

7-5 酸鹼滴定 克當量 vs. 當量濃度 酸鹼滴定實驗 酸鹼指示劑 酸鹼滴定 酸鹼滴定-介紹 達當量點-計算方法 用強鹼滴定→強酸的計算方法 滴定曲線

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7-1A 酸鹼的基本性質 酸 鹼 有酸味 有澀味，具滑膩感 使藍色石蕊試紙變紅色 使紅色石蕊試紙變藍色 與活潑金屬作用產生H2 可溶解油脂，作為清潔劑 水溶液可導電 7-1

生活中常見的酸與鹼 酸 鹼

石蕊試紙的顏色變化 柳橙呈酸性 肥皂呈鹼性

矢車菊在酸、鹼性土壤中成長的顏色 在鹼性土壤中生長，呈藍色 在酸性土壤中生長，呈紅色 7-1

7-1B 酸的命名(1) 常見的不含氧酸

酸的命名(2) 常見的含氧酸

酸的命名(3) 同元素的多種含氧酸 7-1

磷酸、亞磷酸、次磷酸的比較 磷酸 亞磷酸 次磷酸 H3PO4 H3PO3 H3PO2 PO(OH)3 HPO(OH)2 H2PO(OH) 三質子酸 雙質子酸 單質子酸 7-1

7-1C 鹼的命名 7-1 7-2

7-2A 阿瑞尼斯酸鹼學說(1) （Arrhenius acid-base theory） 實例 HCl(aq) → H＋(aq) ＋ Cl－(aq) CH3COOH(aq) →CH3COO－(aq) ＋ H＋(aq) 鹼(base) 在水中能產生氫氧根離子(OH－)的物質 NaOH(aq) →Na＋(aq) ＋ OH－(aq) CaO＋H2O →Ca2＋(aq) ＋ 2 OH－(aq)

阿瑞尼斯酸鹼學說(2) 酸：在水中能產生氫離子(H＋)的物質 鹼：在水中能產生氫氧根離子(OH－)的物質 7-2

7-2B 布-洛酸鹼學說(1) （Brˇønsted-Lowry acid-base theory） 原理 酸鹼反應視為質子轉移的反應 實例 CO3 2－ (aq) ＋ H2O(l)→ HCO3－ (aq) ＋ OH－(aq) 鹼 酸

布-洛酸鹼學說(2) 共軛酸 酸 鹼 共軛鹼

布-洛酸鹼學說(3)

布-洛酸鹼學說(4) 7-2

兩性酸鹼物質(1) 定義 若物質在一反應中作為酸，另一反應中卻可以為鹼。稱為兩性酸鹼物質。 例 ： H2O、HCO3－、HS－、HSO3－、H2PO4－ 實例

兩性酸鹼物質(2) 7-2

共軛酸鹼對(1) 定義 酸鹼反應中各物質與其衍生產物之合稱，其兩者間只差一個氫離子(H＋) 共軛酸鹼對 NH3與NH4＋、H2O與OH－ 鹼 HB＋A－→B－＋HA 共軛 酸 鹼 鹼 酸 共軛酸 鹼 共軛鹼 酸

共軛酸鹼對(2) 酸 共軛鹼 7-2

共軛酸鹼對之酸鹼強度(1) 原理 強酸有較弱共軛鹼； 弱酸有較強共軛鹼 進行方向 由強酸＋強鹼→弱酸＋弱鹼進行 實例 HCl(aq)＋CH3COO－(aq)→ Cl－(aq) ＋ CH3COOH(aq) 酸 鹼 共軛鹼 共軛酸 酸強度HCl＞CH3COOH 鹼強度為CH3COO－＞Cl－

酸鹼 強度表 7-2

寫出共軛酸、共軛鹼 ＋H＋ －H＋

練習：判斷反應進行方向

路易斯電子說 7-2 7-3

7-3A 酸的強弱與解離度

酸鹼強度 完全解離 強酸、強鹼在水中完全解離 實例 強酸：HClO4、HI、HBr、HCl、HNO3、H2SO4 強鹼：NaOH 、KOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2 部份解離 弱酸、弱鹼在水中僅部份解離成離子 弱酸：HF、CH3COOH、H2CO3、H2S、HCN 弱鹼：NH3

酸的分類 原理 可解離之氫離子(H+)數 單質子酸 (一元酸) HClO4、HCl、HF、HNO3、HCN、CH3COOH、H3PO2 雙質子酸 (二元酸) H2SO4、 H2C2O4 、H2CO3 、 H2S H3PO3 三質子酸 (三元酸) H3PO4 7-3

pH值的含義 定義 pH=－log[H＋] ；[H+]=10-pH M pOH=－log[OH－] ；[OH－]=10-pOH M 實例1 7-3

pH值：簡單計算 定義 若[H+]=a×10－b M， pH= b –log a 實例2 [H＋]=2×10－3 M， pH=3－log2 = 3－0.301 =2.699 實例3 pH=2.4，pH=3－0.6 =3－2log2 =3－log4 [H＋] =4×10－3 M

pH值的計算 7-3

pH值示意圖 pH值愈小，酸性愈強

pH儀 稀HCl(aq) 稀NaOH(aq)

酸性、中性、鹼性溶液的判斷(1)

酸性、中性、鹼性溶液的判斷(2)

練習：判斷溶液酸鹼性 7-3

7-3B 水的離子積常數 ※水的解離方程式： 1.解離常數(Kd) (25℃)：（dissociation constant of water） ＝ ＝ 1.8×10－16 2.離子積常數(Kw)：（ion product constant of water） 3. [H2O] KW

不同溫度下的Kw值

pKw 原理 pKw=－logKw = pH + pOH pKw=－logKw = －log([H＋][OH－]) = (－log[H＋])＋(－log[OH－]) = pH + pOH 實例 25℃時，Kw=10－14，pH + pOH= 14 7-3

溫度與Kw、酸鹼性關係(1) 表示法1：H2O  H+ + OH－ ， ΔH＝ + 56kJ 表示法2： H2O + 56kJ  H+ + OH－ 溫度升高，平衡右移，離子積Kw，解離常數Kd， [H+]和[OH－]均變大 溫度降低，平衡左移，離子積Kw，解離常數Kd， [H+]和[OH－]均變小

溫度與Kw、酸鹼性關係(2) H2O + 56kJ  H+ + OH－ ↓ ↑ T (℃) [H＋] [OH－] pH pOH Kd T＜25 ↓ ↑ T＝25 10-7 M 7 14 10-14 1.8×10－16 T＞25 7-3

強酸稀釋 強酸稀釋，不管稀釋幾倍，pH值不會超過 7 7-3 7-4

7-4 酸鹼反應定義 定義 酸鹼反應又稱為中和反應 酸＋鹼→鹽＋水 類型 1.強酸與強鹼 2.弱酸與強鹼 3.強酸與弱鹼 4.弱酸與弱鹼

酸鹼中和 原理 酸 ＋ 鹼 → 鹽 ＋ 水 實例1 HCl ＋ NaOH → NaCl ＋ H2O 實例2 H2SO4 ＋ Ba(OH)2 → BaSO4 ＋ 2 H2O 7-4

強酸與強鹼：方程式表示法 1.分子方程式： 2.離子方程式： 3.淨離子方程式： 7-4

其他類型-方程式 弱酸與強鹼～離子方程式： 強酸與弱鹼～離子方程式： 弱酸與弱鹼～淨離子方程式：

酸鹼反應：中和熱 定義 H＋(aq)＋OH－(aq) → H2O(l) H=－56千焦 原理 酸中H＋莫耳數＝鹼中OH－莫耳數 實例 強酸＋強鹼→1莫耳水，會釋放出56千焦， 稱為中和熱 7-4

酸鹼中和應用(1) ※烘烤麵包時所使用的膨鬆劑(NaHCO3) ※原理：市售某些發粉分成A、B兩包，混合後靜置產生CO2，便是利用酸鹼反應，使得麵團變得鬆軟可口

酸鹼中和應用(2) ※胃乳或制酸劑能有效減輕胃酸過多所引起的身體不適，是利用Mg(OH)2、Al(OH)3經由酸鹼反應以中和胃酸。

酸鹼中和應用(3) 酸雨可與土壤中的氧化鋁進行酸鹼反應而生成鋁離子 Al2O3(s)＋ 6H＋(aq) → 2 Al3＋(aq) ＋ 3 H2O(l) 如果樹木吸收過多鋁離子時，根部將逐漸萎縮，而喪失水土保持功能。如果動物長期呼吸含有酸性物質的空氣，則易引起肺部疾病，如氣喘或支氣管炎。

酸鹼中和應用(4) 氨水可中和昆蟲的蟻酸 7-4 7-5

7-5 酸鹼滴定 克當量 H2SO4 的克當量= 98/2 = 49 反應中釋出1莫耳H+所需酸之克數，稱為該酸之(克)當量 (克)當量 7-5 酸鹼滴定 克當量 (克)當量 反應中釋出1莫耳H+所需酸之克數，稱為該酸之(克)當量 H2SO4 的克當量= 98/2 = 49 7-5

克當量數 克當量數 在酸鹼反應中，所釋出H+之莫耳數，稱為該酸的克當量數

當量濃度 當量濃度 每升溶液中所含酸之當量數，以CN表示 CN ＝ CM × n

莫耳濃度 vs. 當量濃度 分子量 Mw 當量 莫耳數 當量數 莫耳濃度 當量濃度 na：一分子的酸放出的H＋數 7-5

酸鹼滴定實驗 (A) (B) (C)

滴定實驗操作：注意事項(1) 因強鹼會腐蝕玻璃栓塞，故不可用玻璃接頭滴定管 滴定管種類： 橡皮接頭滴定管(鹼液用) 玻璃接頭滴定管(酸液用) 特夫綸接頭滴定管(皆可用) 因強鹼會腐蝕玻璃栓塞，故不可用玻璃接頭滴定管

滴定實驗操作：注意事項(2) 1.滴定管用蒸餾水洗淨後，需再用要盛裝的溶液潤洗 2.錐形瓶用蒸餾水清洗後，不可用要盛裝的溶液沖洗 3.滴定管的液體要裝到最上面零刻度以上，打開活塞，使液體充滿滴定管尖端(除去氣泡) 7-5

酸鹼指示劑 本質： 用量：只滴入指示劑2或3滴即可，不可加入太多以免影響待測酸鹼的濃度 為一種弱的有機酸或有機鹼 因溶液pH改變而有顏色改變，可用來指示溶液的pH 用量：只滴入指示劑2或3滴即可，不可加入太多以免影響待測酸鹼的濃度

常用的酸鹼指示劑

廣用指示劑

天然的酸鹼指示劑：花卉、蔬菜 冬花波斯菊＋尼古丁（鹼性） 花瓣由黃轉紅 7-5

酸鹼滴定-介紹 酸的當量數＝鹼的當量數 當量點 酸與鹼恰好完全中和時， 滴定終點 滴定時，指示劑改變顏色的瞬間為滴定終止的點，稱為終點 中性點 酸鹼滴定至溶液恰好呈中性(pH=7)時，稱為中性點

酸鹼滴定：當量點(1) 觀念1 達當量點時，酸的當量數＝鹼的當量數， 酸中H＋莫耳數＝鹼中OH－莫耳數， 酸、鹼的莫耳數並不一定相等 H2SO4＋ 2NaOH → Na2SO4 ＋ 2 H2O 1 mole 2mole 2個當量 2個當量 觀念2 達當量點所需的克當量數與酸鹼強弱無關

酸鹼滴定：當量點(2) 觀念3 達當量點時，溶液不一定呈中性 強酸＋強鹼滴定：當量點時，溶液呈中性 強酸＋弱鹼滴定：當量點時，溶液呈酸性 弱酸＋強鹼滴定：當量點時，溶液呈鹼性

酸鹼滴定：當量點(3) 觀念4 滴定終點與當量點不一定相同，若指示劑選用適當，滴定終點可視為當量點。因此必須選擇變色範圍恰在當量點附近的指示劑 觀念5 強酸＋強鹼滴定：當量點=中性點 強酸＋弱鹼滴定：當量點≠中性點 弱酸＋強鹼滴定：當量點≠中性點 7-5

方法1： CMa × Va × na= CMb × Vb × nb 方法2： molea × na = moleb × nb 達當量點-計算方法 酸的當量數＝鹼的當量數 方法1： CMa × Va × na= CMb × Vb × nb 方法2： molea × na = moleb × nb 方法3： CNa × Va = CNb × Vb CMa：酸的體積莫耳濃度 Va ：酸的體積 na：一分子的酸放出的H＋數 CNa：酸的當量濃度 molea：酸的莫耳數 CMb：鹼的體積莫耳濃度 Vb ：鹼的體積 nb：一分子的鹼放出的OH－數 CNb：鹼的當量濃度 moleb：鹼的莫耳數 7-5

用強鹼滴定→強酸的計算方法 CMa × Va × na= CMb × Vb × nb 尚未滴定 初濃度[H+]=a×10－b M， pH= b –log a 未達當量點 酸過量 達當量點 酸的當量數＝鹼的當量數 酸中H＋莫耳數＝鹼中OH－莫耳數， CMa × Va × na= CMb × Vb × nb 超過當量點 鹼過量

酸鹼滴定時，鹽酸50.00 mL，0.100 M 氫離子濃度之變化 強鹼 強酸 7-5

滴定曲線(titration curve)

強酸-強鹼滴定 強鹼 強酸 當量點 pH＝7

弱酸-強鹼滴定 強鹼 弱酸 當量點 pH > 7

強酸-弱鹼滴定 強酸 弱鹼 當量點 pH < 7 7-5

例題：滴定計算(1)

例題：滴定計算(2)

標定NaOH濃度 因為NaOH放置過久，會吸收空氣中的CO2，導致NaOH濃度改變，所以做實驗前，要用KHP標定NaOH的濃度 7-5