用強酸滴定弱鹼 Titrations of Weak Bases with Strong Acids

化學原理啟迪199

1.     弱鹼用強酸滴定的反應，可用我們一貫的分析步驟計算出來。永遠記得，你必須先想溶液中的主要物質，然後判斷即將發生的反應是否會反應完全（某些參與反應的物質會在反應之後，完全消耗掉）。如果確實會發生完全反應，讓它反應完全，然後進行化學計量的計算。最後，找出主要的平衡反應，並且計算pH值。

2.     我們用實際的例子來說明弱鹼被強酸滴定的反應如何計算：有一份 100.0 mL的0.050M NH3被0.10M HCl滴定，要把這個滴定反應好幾個重要環節都講清楚的策略就是每個步驟的物質多少都要清楚量化、描述出來。

3.     實際的計算列舉如下：

★   當量點的一半的份量。

＊當量點。

◆[H⁺]由1mmol 過量的H⁺判斷pH值

l  尚未添加任何HCl：

1.     被滴定的NH3溶液中的主要物質是：

NH3  和 H2O

NH3是鹼，會尋求質子的來源進行結合。在這裡，H2O是唯一可獲得質子的來源。

2.     反應並沒有造成水H2O或氨NH3任何一方被消耗掉，也就是沒有完全反應，因為實際上NH3的鹼性太弱，沒有辦法從H2O身上奪走質子。這可從NH3的「鹼的平衡常數Kb」值很小證明。

3.     控制氨與水的pH值的平衡反應是：

NH3 (aq)  +  H2O (aq) ←→ NH4⁺(aq)  +  OH^－(aq)

4.     利用Kb值計算[OH^－]。雖然NH3是弱鹼（與OH^－相比），但是NH3與H2O的酸鹼反應，與H2O的自解離相比，NH3的酸鹼反應產生的OH^－還是比較多。

l  添加HCl到達到當量點之前的過程。

1.     在反應進行前，溶液中的主要物質是：

NH3,  H⁺,  Cl^－  和 H2O

2.     溶液添加HCl以後，NH3將會與HCl解離的H⁺進行反應：

NH3(aq)  + H⁺(aq) ←→ NH4⁺(aq)

這個反應基本上會消耗掉反應物H⁺，是完全反應，因為NH3的鹼性能輕易地與自由的質子H⁺反應。這個情況與前面一開始的情況不同，一開始的情況是H2O是唯一的質子H⁺來源。接著，利用我們已經知道添加的0.10 M HCl的體積來進行化學計量的計算。

3.     NH3與H⁺ 反應完全之後，溶液含有以下的物質：

NH3,  NH4⁺,  Cl^－  和 H2O

注：NH4⁺來自於滴定反應。

這個溶液含有NH3和NH4⁺；這二個物質的平衡反應將決定溶液的[H⁺]。我們可以利用NH4⁺的解離反應計算[H⁺]：

NH4⁺(aq)←→NH3 (aq) + H⁺(aq)

或利用NH3與H2O的反應：

NH3 (aq)+ H2O(aq)←→ NH4⁺(aq) + OH^－(aq)

計算溶液pH值。

l  添加的HCl分量達到當量點。

1.     依據定義，當添加的HCl份量，能使原始溶液的NH3都轉換成NH4⁺，這就是達到當量點了。因此溶液中的主要物質是：

NH4⁺ ,  Cl^－ 和 H2O

2.     這幾個物質無法互相反應消耗掉，沒有完全反應。

3.     控制[H⁺]的平衡反應是，弱酸NH4⁺的解離反應：

Ka＝Kw／Kb(for NH3)

l  添加的HCl分量超越當量點。

1.     氨水溶液被添加過量的HCl，溶液的主要物質是：

H⁺,  NH4⁺,  Cl^－,  和  H2O

2.     沒有任何物質會完全消耗掉，沒有完全反應。

3.     雖然NH4⁺會解離，但是它只是弱酸，比不上HCl，所以溶液的[H⁺]取決於HCl提供的過量的H⁺：

 [H⁺]＝過量的H⁺mmol／溶液mL

計算結果如上表，下圖是100.0mL、0.050M NH3被0.10M HCl滴定的pH曲線，特別留意「當量點」低於pH=7，因為溶液含有弱酸性的NH4⁺。

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

徐弘毅：

1.     老師一定要充分地瞭解每一個學生在品德與能力上的各種優點與缺點，要不斷地測試，然後循序漸進，因材施教，發揮學生的優點，彌補學生的缺點。就像測試弱鹼性溶液氨水1.尚未添加任何HCl；2.添加HCl到達到當量點之前的過程；3.添加的HCl分量達到當量點；4.添加的HCl分量超越當量點。

2.     但是有極少數的學生是屬於天才型的，循序漸進的教導對他們而言太慢了。天才型的學生最大的特色是會主動、自動自發地學習，老師循序漸進的教導反而會變成他們學習過程的阻礙。

3.     老師如果發現學生比他小二十歲，但是智商卻高過他二十倍，就應該站在輔導者的角色，放任天才學生自動去學習，只要記得提醒他要彌補自己的缺點，只要把重點教清楚就可以了。

4.     台灣多數的老師會歧視學習比較緩慢的學生，沒有耐心循序漸進、因材施教地教導，所以通常老師都會自動自發地放棄這些學習速度比較緩慢的學生；另一方面，多數的老師如果遇到天才的學生都會嫉妒，然後凌虐這些天才，過度且不理性地要求。

5.     台灣各級學校多數的老師，都沒有養成五育均衡並重、終身學習的生活習慣，所以品德不太好，因此沒有能力自編教材，也沒有能力清楚地批判校長與教育部長學經歷的不足。教育改革的最大重點，就是老師要革除校長與教育部長不良的思想與生活習慣，要讓他們與體育、藝術、學術各方面的知識完全反應。

6.     台灣歷年來的教育部長與教育部高官，幾乎都沒有國際學術地位，不會寫教科書給哈佛大學採用，也沒有能力到牛津大學當校長，絕大多數都是庸才，他們的教學技巧與能力都輸給一般的小學老師，官卻做得比人家還要大，不符合「選賢與能」的政治倫理，因此他們都犯了政治亂倫症。

7.     台灣絕大部分的老師都不清楚自己班上的學生五育均衡的狀況，盲目地填鴨式教學，教學的目的都是為了升學，不是為了讓學生瞭解自己的潛能，彌補自己的弱點，因此學生失去了獨立思考能力與創造力。

8.     你必須先想溶液中的主要物質，然後判斷即將發生的反應是否會反應完全（某些參與反應的物質會在反應之後，完全消耗掉）。如果確實會發生完全反應，讓它反應完全，然後進行化學計量的計算。最後，找出主要的平衡反應，並且計算pH值。