計算強酸溶液的pH值

化學原理啟迪166

1.      處理酸鹼平衡的問題時，我們必須注意溶液的組成成分與它們的化學特性。

2.      舉例來說，1.0M的「HCl氯化氫」溶液裡面有什麼呢？因為「HCl氯化氫」是強酸，我們認為它在水中會完全游離（解離）。所以，雖然裝「HCl氯化氫」的瓶子上寫1.0M的HCl，但是這個溶液裡面完全沒有HCl分子。

3.      基本上，容器的標籤指的是調出這種溶液的物質，而不是解離後溶液中各種成分。所以，1.0MHCl溶液內含有H⁺和Cl^－，而不是HCl分子。

4.      處理溶液酸鹼問題的第二步是，判斷哪些化合物重要？哪些化合物可以忽略？我們需要專注研究溶液中的「主要物質major species」，主要物質是指溶液中數量較大的成分。

5.      舉例來說，1.0MHCl的主要物質是H⁺、Cl^－和H2O。因為這個溶液酸性極強，OH^－的份量非常非常地少，屬於不重要的物質。

6.      解決酸鹼問題時，第一步是寫下溶液的主要物質。這一個步驟是能否成功解決問題的關鍵。

7.      為了清楚說明相關概念，我們將計算1.0MHCl的pH值。我們首先列舉主要的物種：H⁺、Cl^－和H2O。因為我們要計算pH，所以把焦點放在會提供H⁺的主要物質。

8.      很明顯地，我們一定會想到H⁺是從HCl解離出來的。然而，H2O也會透過自解離提供H⁺離子，水的解離反應如下：

H2O(l)←→H⁺(aq)+OH^－(aq)

9.      但是「水的自解離」是H⁺的重要來源嗎？

10.  25℃的純水[H⁺]濃度是10^－7M。在1.0M「氯化氫HCl」溶液中，水產生的「H⁺質子」遠低於10^－7M，因為依據勒沙特列原理，HCl解離出H⁺會驅使水的平衡位置往左移（減少H⁺，增加H2O）。

11.  所以，跟HCl解離出來的1.0M H⁺ 相比，水提供的H⁺可以忽略。因此我們可以說，溶液中的[H⁺]是1.0M，並且

pH＝－log[H⁺]＝－log（1.0）＝0.00

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