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