質子接收者「鹼」

化學原理啟迪171

1.     有許多種「鹼」是質子的接收者，可是分子內並沒有氫氧根離子。不過，這種「鹼」一旦溶解於水中，會與「水」反應產生氫氧根離子OH^－，因此還是會增加氫氧根離子OH^－的濃度。

2.     舉例來說，「氨」與「水」的反應如下：

NH3(aq) + H2O(l)←→NH4⁺(aq) + OH^－(aq)

3.     在這個反應中，「氨」分子接受一個「質子」，因此是「鹼」；而「水」是「酸」。

4.     特別留意，雖然「氨」這種「鹼」沒有OH^－氫氧根離子，它仍然增加了OH^－氫氧根離子的濃度，製造出鹼性溶液。

5.     像「氨」這樣的「鹼」至少有一對「未鍵結的電子」可以與「質子H⁺」形成化學鍵。「氨」分子與「水」分子的反應說明如下

6.     有許多像「氨」這樣的「鹼」會與「水」反應產生「氫氧根離子OH^－」。大部分這類的「鹼」，「氮」原子上都有「未鍵結的電子對」。舉例如下：

7.     特別注意，前四種鹼可看成是「氨」的「氫原子」被「甲基(CH3)」或「乙基(C2H5)」原子群取代。

8.     「吡啶分子pyridine」很像「苯」，差別只在「苯環」上的一個「碳原子」被「氮原子」取代：

9.     「鹼B」與「水」的反應如下：

10. 「鹼」與「水」反應產生「共軛酸」與「氫氧根離子」，達成平衡的常數是Kb（鹼的游離常數/ 平衡常數）

Kb＝[BH^＋][OH^－]／[B]

11. 「鹼B」會與「氫氧根離子OH^－」（強鹼）競爭「質子H⁺」。如果Kb值很小（氨Kb＝1.8×10^－5），就稱為弱鹼。

12. 基本上，弱鹼溶液的pH值的計算方法非常像「弱酸」。

13. 【例題】計算1.0M甲基胺methylamine的pH值（Kb＝4.38×10^－4）。

14. 【解題】因為甲基胺(CH3NH2)是弱鹼，溶液中的主要化合物是：

CH3NH2 和 H2O  

15. 這二種都是鹼，但是因為水不是OH^－的來源，因此主導鹼性的平衡方程式是

CH3NH2(aq)+H2O(l)←→CH3NH3⁺(aq)+OH^－(aq)

16. 並且

Kb＝4.38×10^－4＝[CH3NH3⁺][OH^－]／[CH3NH2]＝(x)(x) ／1.0－x≒x²／1.0

17. 平衡濃度如下

18. 也可以簡寫成

19. 把「平衡濃度」代入「平衡方程式」，反應後的「甲基胺」取近似值

Kb＝4.38×10^－4＝[CH3NH3⁺][OH^－]／[CH3NH2]＝(x)(x)／1.0－x≒x²／1.0

x≒2.1×10^－2

20. 這個近似值的誤差範圍在5％以內，是可信的，因此

[OH^－]＝x＝2.1×10^－2M 並且pOH＝1.68

21. 特別留意，因為[H⁺][OH^－]＝1.0×10^－14，pH＋pOH＝14。因此，pH＝14.00－1.68＝12.32

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