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Chapter 7
酸與鹼
本章目錄7-1 酸鹼的性質與命名
7-1A 酸鹼的基本性質7-1B 酸的命名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
酸鹼的性質與命名
酸鹼的基本性質
酸的命名
磷酸、亞磷酸、次磷酸的比較
鹼的命名
7-2 酸鹼學說
酸鹼學說
阿瑞尼斯酸鹼學說
布 - 洛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
水的離子積常數
酸的強弱與解離度
酸性、中性、鹼性溶液的判斷
pH 值:簡單計算
溫度與 Kw 、酸鹼性關係強酸稀釋
pH 值的含義
水的解離與 pH 值
7-4 酸鹼反應
酸鹼反應
方程式表示法
酸鹼反應:中和熱
酸鹼中和應用
酸鹼反應定義
7-5 酸鹼滴定
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 - 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 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 )
酸(acid)
在水中能產生氫離子 (H + ) 的物質
實例HCl(aq) → H +
(aq) + Cl -(aq)
CH3COOH(aq) →CH3COO -(aq) + H +
(a
q)
鹼(base)
在水中能產生氫氧根離子 (OH - ) 的物質
實例 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 )
酸 提供質子 (H + ) 者,又稱為質子予體鹼 接受質子 (H + ) 者,又稱為質子受體
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)
酸 共軛鹼 共軛酸鹼
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-、 H2P
O4-
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 -
HB+ A -→ B -+HA
共軛
酸 鹼
共軛
鹼 酸 共軛酸鹼
共軛鹼酸
共軛酸鹼對 (2)
7-2
酸 共軛鹼
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
實例 弱酸: HF 、 CH3COOH 、 H2CO3 、 H2S 、 HC
N
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 、 H2
S 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
[H + ]=1×10 - 5 , pH= - log(10 - 5) = 5
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)
M10]OH[M,10]H[7pH鹼性溶液:
M10]OH[M,10]H[7pH中性溶液:
M10]OH[M,10]H[7pH酸性溶液:
℃時2577
77
77
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 wate
r )
= = 1.8×10 - 16
2. 離子積常數 (Kw) :( ion product constant of water )
3.
H2OKW
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)
T ( )℃ [H + ][OH- ]
pH pOHpH + pOH
Kw Kd
T < 25 ↓ ↓ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓
T = 25 10-7 M 10-7 M 7 7 14 10-14 1.8×10 -
16
T > 25 ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑
H2O + 56kJ H+ + OH -
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
7-4
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)
7-4
7-5
•氨水可中和昆蟲的蟻酸
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
數H分子實際放出的1酸酸之分子量
酸的克當量=
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
數H可釋出分子量重量=
數H可釋出分子量重量=
克當量重量克當量數=
anmole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
nC=V
nmole=( )體積 升
當量重量
=( )體積 升
當量數=C當量濃度 M液
N
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)L(液
NV
當量數C
E
W當量數
a
w
n
ME
wM
Wmole
)L(液M
V
moleC
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)
• 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:
– 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 -介紹當量點 酸與鹼恰好完全中和時,
酸的當量數=鹼的當量數
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
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
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
ba
bNbaNa
V+V
VC-VC][H
ba
aNabNb-
V+V
VC-VC][OH
強鹼
強酸
酸鹼滴定時,鹽酸50.00 mL , 0.100 M氫離子濃度之變化
7-5
滴定曲線 (titration curve)
強酸 - 強鹼滴定
當量點 pH = 7
強鹼
強酸
弱酸 - 強鹼滴定
當量點 pH > 7
強鹼
弱酸
強酸 - 弱鹼滴定
當量點 pH < 7
強酸
弱鹼
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
• KHP :鄰苯二甲酸氫鉀,單質子酸7-5