2011年3月31日 星期四

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 acetateNH4C2H3O2)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Ka鹼性離子Kb,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,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,這個溶液是鹼性的。如果KaKb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+C2H3O2。我們在前面章節提過的,NH4+Ka值是5.6×1010,並且C2H3O2Kb值是5.6×1010。因為NH4+Ka值等於C2H3O2Kb值,這個溶液將會是中性(pH7)。
b.     溶液裡含有NH4+CN離子。NH4+Ka值是5.6×1010,並且
Kb(for CN)KwKa(for HCN)1.6×105
因為CNKb值比NH4+Ka值大,這個溶液是鹼性。
c.      這個溶液含有Al(H2O)63+SO42離子。Al(H2O)63+Ka值是1.4×105(前一篇例題提供的資訊)。我們必須要計算SO42Kb值。HSO4SO42的共軛酸,它的Ka值是硫酸的Ka21.2×102。因此
Kb(for SO42)
KwKa2(for sulfuric acid)
1.0×10141.2×102
8.3×1013
這個溶液是酸性的,因為Al(H2O)63+Ka值比SO42Kb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+Ka值是5.6×1010
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5.6×1010
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」。