產生鹼性溶液的鹽類

化學原理啟迪177

1.     醋酸鈉溶液(NaC2H3O2)的主要化合物：

Na⁺，  C2H3O2^－  和  H2O

2.     每種化合物的酸鹼性質如何？Na⁺既不是「酸」，也不是「鹼」。C2H3O2^－是弱酸「醋酸」的「共軛鹼」，這代表C2H3O2^－會吸引「質子」，行為像「鹼」。相較之下，水的酸性不夠強，鹼性也不夠強，無法影響質子濃度[H⁺]。

3.     因此溶液的pH值控制在C2H3O2^－上，因為C2H3O2^－是「鹼」，它會跟「質子的提供者」（酸）起反應。在這裡「水」是唯一的「質子H⁺」來源，整個反應式是

C2H3O2^－(aq ) + H2O(l)←→ HC2H3O2 (aq) + OH^－(aq)  ………… 反應式7.5

4.     特別留意這個反應產生「鹼性溶液」，溶液中「鹼」與「水」產生「氫氧根離子」和「共軛酸」（HC2H3O2）。

5.     我們定義Kb是這個反應的「鹼C2H3O2^－」的平衡常數（游離常數）：

Kb＝[H C2H3O2][OH^－]／[C2H3O2^－]

6.     醋酸的Ka值是1.8×10^－5。那我們如何得到醋酸的Kb值？答案就在Ka、Kb和Kw之間的關係中，特別留意當「醋酸」的「Ka方程式」乘上「Kb方程式」，會得到「Kw」：

Ka×Kb

＝[H⁺][ C2H3O2^－]／[H C2H3O2]×[HC2H3O2][OH^－]／[C2H3O2^－]

＝[H⁺][OH^－]＝Kw

7.     任何弱酸與它的共軛鹼的關係是：

Ka×Kb＝Kw

8.     因此只要知道Ka或Kb值其中一個，就能計算出另一個常數

Kb＝Kw／Ka（for HC2H3O2）

＝1.0×10^－14／1.8×10^－5

＝5.6×10^－10

9.     這就是7.5反應式的Kb值。特別留意，Kb值來自於醋酸的ka值。

10. 「醋酸鹽溶液」是「鹽類」酸鹼性質的範例。鹽類，只要它的「陽離子」是中性（Na⁺、K⁺），「陰離子」是弱酸的「共軛鹼」，這個溶液就是「鹼性的」。「陰離子」的Kb值可利用Kb＝Kw／Ka求出。

11. 【例題】計算0.30M NaF溶液的pH值。HF的Ka值是7.2×10^－4。

12. 【解題】溶液中的主要物質是：

Na⁺ ,  F^－ 和 H2O

13. 因為HF是弱酸，F^－必定有相當的能力吸引質子來鍵結。因此主要的反應式是：

F^－(aq ) +H2O(l)←→ HF(aq) + OH^－(aq)

14. 得到Kb方程式

Kb＝[HF][OH^－]／[F^－]

15. Kb值可從Kw與HF的Ka值

Kb＝Kw／Ka（for HF）＝1.0×10^－14／7.2×10^－4＝1.4×10^－11

16. 各化合物的平衡濃度如下：

17. 因此：

Kb＝1.4×10^－11＝[HF][OH^－]／[F^－]

＝(x)(x)／0.30－x≒x²／0.30

 x≒2.0×10^－6

18. 因為誤差在5％以內，所以近似值求出的數值是可信的。

[OH^－]＝x＝2.0×10^－2M＝1.0M

pOH＝5.69

pH=14.00－5.69=8.31

19. 如同我們所預期的，這個溶液是鹼性的。

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