產生酸性溶液的鹽類 Salts That Produce Acidic Solution（二）

化學原理啟迪180

1.     【範例】計算0.010M AlCl3溶液的pH值。Al(H2O)6³⁺的Ka值是1.4×10^－5。

2.     【解題】溶液的只要化合物：

Al(H2O)6³⁺，  Cl^－  和  H2O

3.     比較Al(H2O)6³⁺和H2O的酸性

Al(H2O)6³⁺ (aq)←→Al(OH)(H2O)5²⁺ (aq)+H⁺(aq)

Ka＝1.4×10^－5

H2O (aq)←→ OH^－(aq)+H⁺ (aq)

Kw＝1.0×10^－14

4.     發現Al(H2O)6³⁺解離方程式的平衡位置比較偏右，解離出比較多的質子H⁺，因此酸性比較強。

5.     因為Al(H2O)6³⁺是比H2O更強的酸，所以主要的平衡方程式是：

Al(H2O)6³⁺ (aq)←→Al(OH)(H2O)5²⁺ (aq)+H⁺(aq)

6.     並且

1.4×10^－5＝Ka＝[Al(OH)(H2O)5²⁺][H⁺]／[Al(H2O)6³⁺]

7.     這是一個弱酸的問題，我們可用一般的運算程序找到解答：

8.     因此

1.4×10^－5＝Ka＝[Al(OH)(H2O)5²⁺][H⁺]／[Al(H2O)6³⁺]

＝(x)(x)／0.010－x≒x²／0.010

x≒3.7×10^－4

9.     近似值的誤差範圍在5％以內，所以

[H⁺]＝x＝3.7×10^－4M並且 pH＝3.43

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

產生酸性溶液的鹽類 Salts That Produce Acidic Solution

化學原理啟迪179

1.     有些「鹽類」溶解於「水」中會產生「酸性溶液」，舉例來說，當固體NH4Cl溶解於「水」中，會釋出NH4⁺和Cl^－離子，NH4⁺是「弱酸」

NH4⁺ (aq)←→NH3(aq)+H⁺(aq)

Cl^－離子在水中完全不會吸引H⁺，因此完全不會影響溶液的pH值。

2.     一般而言，假設「鹽類」的「陽離子」是「弱鹼」的「共軛酸」，那這種「鹽類」會產生「酸性溶液」。

3.     第二種產生酸性溶液的鹽類是，含有「高價電荷數」的「金屬離子」。

4.     舉例來說，當氯化鋁（AlCl3）固體溶解於水中，產生的溶液是「酸性的」，雖然Al³⁺不是「布忍司特勞萊酸」，但是它在水中形成的「水合離子Al(H2O)6³⁺」是「弱酸」

Al（H2O）6³⁺(aq )←→Al（OH）（H2O）5²⁺ (aq) + H⁺(aq)

5.     「Al³⁺金屬離子」的正電荷價數高，因此與「Al³⁺」鍵結的水分子的「O－H」鍵會被極化，使得「Al（H2O）6³⁺的水分子」比獨立自由的「水分子」更酸。

6.     基本上，「金屬離子」的「價電荷」愈高，「水合離子」的「酸性」愈強。

7.     【範例】計算0.10MNH4Cl溶液的pH值。NH3的Kb值是1.8×10^－5。

8.     【解題】氯化銨溶液(NH4Cl)的主要化合物：

NH4⁺，  Cl^－  和  H2O

9.     特別留意NH4⁺和H2O能夠產生H⁺。銨離子NH4⁺解離反應是：

NH4⁺ (aq)←→NH3(aq)+H⁺(aq)

10. 這個反應的Ka值是

Ka＝[NH3][H⁺]／[NH4⁺]

11. 特別留意，題目已經提供NH3的Kb值，反應的Kb值不適用於這裡，因為NH3不是溶液的主要化合物。所以我們應該利用以下關係式，把Kb值轉換成NH4⁺的Ka值

Ka×Kb＝Kw

12. 所以，

Ka(for NH4⁺)＝Kw／Kb（for NH3）

＝1.0×10^－14／1.8×10^－5

＝5.6×10^－10

13. 雖然從Ka值來看，NH4⁺是弱酸，不過它的酸性強度比水強，因此是提供H⁺的主要來源。因此我們將以NH4⁺解離反應來計算溶液的pH值。

14. 我們用下表解開弱酸的問題：

15. 得到

5.6×10^－10＝Ka＝[H⁺][NH3]／[NH4⁺]＝(x)(x)／0.10－x＝x²／0.10

x≒7.5×10^－6

16. 近似值的誤差範圍在5％以內，所以

[H⁺]＝x＝7.5×10^－6M並且 pH＝5.13

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