產生酸鹼溶液的各種鹽類

化學原理啟迪181

1.     到目前為止我們所討論的鹽類只會解離出一個酸性或鹼性的離子。有許多種鹽類，例如醋酸銨 ammonium acetate（NH4C2H3O2）解離的二種離子都能影響溶液的pH值。

2.     首先，我們將討論這些問題如何用量化的方式解決。我們會透過比較酸性離子的Ka值和鹼性離子的Kb值，預測溶液是鹼性、酸性還是中性。

3.     如果酸性離子的Ka值比鹼性離子的Kb值大，這個溶液就是酸性的。如果鹼性離子的Kb值比酸性離子的Ka值大，這個溶液是鹼性的。如果Ka值和Kb值一樣，這個溶液是中性的。以上的道理摘要如下

4.     下表摘要各種鹽類的酸鹼性質

5.     【範例】判斷溶解以下鹽類的溶液是酸性、鹼性還是中性。

a.NH4C2H3O2   b.NH4CN  c.Al2(SO4)3

6.     【解題】

a.      溶液裡的離子是NH4⁺和C2H3O2^－。我們在前面章節提過的，NH4⁺的Ka值是5.6×10^－10，並且C2H3O2^－的Kb值是5.6×10^－10。因為NH4⁺的Ka值等於C2H3O2^－的Kb值，這個溶液將會是中性（pH＝7）。

b.     溶液裡含有NH4⁺和CN^－離子。NH4⁺的Ka值是5.6×10^－10，並且

Kb(for CN^－)＝Kw／Ka(for HCN)＝1.6×10^－5

因為CN^－的Kb值比NH4⁺的Ka值大，這個溶液是鹼性。

c.      這個溶液含有Al(H2O)6³⁺和SO4^2－離子。Al(H2O)6³⁺的Ka值是1.4×10^－5(前一篇例題提供的資訊)。我們必須要計算SO4^2－的Kb值。HSO4^－是SO4^2－的共軛酸，它的Ka值是硫酸的Ka2，1.2×10^－2。因此

Kb(for SO4^2－)

＝Kw／Ka2(for sulfuric acid)

＝1.0×10^－14／1.2×10^－2

＝8.3×10^－13

這個溶液是酸性的，因為Al(H2O)6³⁺的Ka值比SO4^2－的Kb值高。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

徐弘毅：

1.     情況一、陽離子來自於強鹼，陰離子來自於強酸。

2.     例如，「氯化鉀KCl」的陽離子「鉀K⁺」來自於強鹼「氫氧化鉀KOH」，所以不太會與「氫氧根離子OH^－」結合，能夠獨立存在於溶液中，不影響酸鹼性。

3.     「氯化鉀KCl」的陰離子「氯Cl^－」來自於強酸「鹽酸HCl」，所以不太會與「質子H⁺」結合，能夠獨立存在於溶液中，不影響酸鹼性。

4.     因為「氯化鉀KCl」解離的二種離子都沒什麼酸性或鹼性，所以化合物是「中性的」。

5.     同樣的情況發生在，「硝酸鉀KNO3」、「氯化鈉NaCl」、「硝酸鈉 NaNO3」。

6.     情況二、陽離子來自於強鹼，陰離子來自於弱酸。

7.     例如，「醋酸鈉Na C2H3O2」的陽離子「鈉Na⁺」來自於強鹼「氫氧化鈉NaOH」，所以不太會與「氫氧根離子OH^－」結合，能夠獨立存在於溶液中，不影響酸鹼性。

8.     「醋酸鈉NaC2H3O2」的陰離子「醋酸根C2H3O2^－」來自於弱酸「醋酸CH3COOH」，非常容易與「質子H⁺」結合，扮演「鹼」的角色。

9.     因為「醋酸鈉Na C2H3O2」解離的二種離子中，「醋酸根C2H3O2^－」具有「鹼性」，因此化合物是「鹼性」。

10. 同樣的情況發生在「氰化鉀KCN」、「氟化鈉NaF」。「CN^－」是稍強的弱鹼，所以「氰化鉀KCN」溶解於水中具有弱鹼性；「F^－」是弱鹼，所以「氟化鈉NaF」溶解後具有弱鹼性。

11. 情況三、陽離子是弱鹼的共軛酸；陰離子來自強酸。

12. 例如，「氯化銨NH4Cl」的陽離子「NH4⁺」是弱鹼「氨NH3」的共軛酸，稍微能夠吐出「質子H⁺」，屬於「弱酸」。

13. 「氯化銨NH4Cl」的「陰離子Cl^－」來自於強酸，會完全以離子的形式溶解於溶液中，不會吸引「質子H⁺」，對酸鹼值毫無影響。

14. 綜合以上二種離子的特性，我們可以判斷因為「氯化銨NH4Cl」解離的陽離子是弱酸，所以化合物具有酸性。

15. 同樣的情況發生在「硝酸銨NH4NO3」，它的陽離子「NH4⁺」具有弱酸性，因此化合物是酸性。

16. 情況四、陽離子是弱鹼的共軛酸，陰離子是弱酸的共軛鹼。

17. 舉例來說，「醋酸銨NH4C2H3O2」的陽離子「NH4⁺」是弱鹼的共軛酸，具有酸性；陰離子「醋酸根C2H3O2^－」是弱酸的共軛鹼，具有鹼性。那麼化合物是酸性還是鹼性？必須仔細計算二種離子各自的酸鹼性強弱，才能比較。

18. 能夠說明酸性的平衡常數是Ka值，Ka愈大，代表解離出的「質子H⁺」愈多，酸性愈強。「NH4⁺」的Ka值是5.6×10^－10。

19. 能夠說明鹼性的平衡常數的是Kb值，Kb愈大，代表解離出「氫氧根離子OH^－」，鹼性愈強。「C2H3O2^－」的Kb值是5.6×10^－10。

20. 因此「醋酸銨NH4C2H3O2」溶解後是中性的。同樣情況發生在「NH4CN」上，因為「CN^－」的Kb值比「NH4⁺」的Ka值大，所以化合物是鹼性的。

21. 情況五、陽離子是高價的金屬離子；陰離子來自於強酸。

22. 例如，Al(NO3)3, 解離出來的「鋁Al³⁺」，容易與水結合成水合離子「 Al(H2O)6³⁺」 ，而水合離子「 Al(H2O)6³⁺」容易解離吐出質子「H⁺」，具有酸性。

23. 但是Al(NO3)3的「硝酸根NO3^－」來自於強酸，能夠以離子的形式存在於溶液中，不會與「質子H⁺」結合，對酸鹼沒有影響。

24. 綜合以上二種離子的性質，Al(NO3)3是酸性。同樣的情況發生在「氯化鐵 FeCl3」。