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鹽的水解反應與酸鹼性判定:當離子遇見水的分裂奧秘全攻略 | 莫斯利自然科學

6天前
讀畢需時 3 分鐘

已更新:15小时前


為什麼我們將食用的小蘇打粉溶於水中,測出來的 pH 值竟然呈現鹼性?明明它的化學式裡面帶有氫離子,卻為何不乖乖展現酸性?這正是化學平衡中最迷人的現象——鹽類的水解作用。


鹽的水解反應 水解作用hydrolysis
酸式鹽的水解與鹼式鹽的水解
鹽類的水解必考題型解析

一, 鹽的水解反應原理與系統化分類

當鹽類溶於水完全解離成離子後,若這些離子具備接受質子 (H⁺) 或捐贈質子 (H⁺) 的能力,就會與水分子發生反應,破壞水的自解離平衡(使 [H⁺] 不等於 [OH⁻]),此即為水解反應 (Hydrolysis)。


1. 各類鹽水解後的酸鹼性總整理

為了幫助同學們在大考題型中迅速判定,我們將常見鹽類的水解特性與酸鹼性整理如下表:


鹽的類別組合

生成來源

水解離子與反應特性

溶液酸鹼性 (25℃)

經典化學實例

強酸強鹼鹽

強酸 + 強鹼

陽離子與陰離子皆不水解,維持水的原本平衡。

中性 (pH = 7)

氯化鈉 (NaCl)、硝酸鉀 (KNO₃)

強酸弱鹼鹽

強酸 + 弱鹼

弱鹼產生的陽離子會水解,釋放出氫離子 (H⁺)。

酸性 (pH < 7)

氯化銨 (NH₄Cl)、硫酸銨 ((NH₄)₂SO₄)

弱酸強鹼鹽

弱酸 + 強鹼

弱酸產生的陰離子會水解,釋放出氫氧根離子 (OH⁻)。

鹼性 (pH > 7)

醋酸鈉 (CH₃COONa)、碳酸鈉 (Na₂CO₃)

弱酸弱鹼鹽

弱酸 + 弱鹼

陽離子與陰離子皆會水解,溶液酸鹼性取決於兩者的 Ka 與 Kb 大小。

視 Ka 與 Kb 相對大小而定

醋酸銨 (CH₃COONH₄,近似中性)


二, 酸式鹽與鹼式鹽的水解特性

1. 酸式鹽的水解與競賽機制

酸式鹽(如 NaHCO₃、NaHSO₄)因結構中含有可解離的氫離子,其水溶液的酸鹼性必須視「解離傾向」與「水解傾向」的強弱而定:


  • 以碳酸氫鈉 (NaHCO₃) 為例:


    • HCO₃⁻ 既可以解離出 H⁺(使溶液變酸):HCO₃⁻ ⇌ H⁺ + CO₃²⁻ (常數為 Ka₂)


    • HCO₃⁻ 又可以水解產生 OH⁻(使溶液變鹼):HCO₃⁻ + H₂O ⇌ H₂CO₃ + OH⁻ (常數為 Kb)


    • 經實驗與數據計算,其水解常數 Kb 大於解離常數 Ka₂,因此 NaHCO₃ 水溶液呈弱鹼性。


  • 以硫酸氫鈉 (NaHSO₄) 為例:


    • HSO₄⁻ 是強酸的酸式鹽,在水中完全解離出 Na⁺ 與 HSO₄⁻,而 HSO₄⁻ 本身為強酸的共軛鹼,在水中會進一步解離出 H⁺,因此 NaHSO₄ 水溶液呈強酸性。


2. 鹼式鹽的水解特性

鹼式鹽(如 Cu₂(OH)₂CO₃ 銅綠)結構中含有氫氧根離子。因其多數為難溶性鹽類,在水中的溶解度極低;若部分溶解,則因水溶液中含有 OH⁻ 結構或金屬離子水解,多數呈現鹼性反應。


三, 講義精選例題

【題目】

室溫下,現有濃度皆為 0.1 M 的四種水溶液:(甲) 氯化銨 (NH₄Cl);(乙) 醋酸鈉 (CH₃COONa);(丙) 碳酸氫鈉 (NaHCO₃);(丁) 氯化鈉 (NaCl)。試回答下列問題:


  1. 哪一杯水溶液的 pH 值大於 7(呈鹼性)?


  2. 針對碳酸氫鈉 (NaHCO₃) 水溶液,為什麼它帶有氫離子卻會呈現鹼性?


【解析】

  1. 判斷各溶液的酸鹼性:


    • (甲) 氯化銨 (NH₄Cl) 是強酸弱鹼鹽,水解呈酸性 (pH < 7)。


    • (乙) 醋酸鈉 (CH₃COONa) 是弱酸強鹼鹽,水解呈鹼性 (pH > 7)。


    • (丙) 碳酸氫鈉 (NaHCO₃) 是弱酸的酸式鹽,其水解傾向大於解離傾向,水溶液呈弱鹼性 (pH > 7)。


    • (丁) 氯化鈉 (NaCl) 是強酸強鹼鹽,不水解呈中性 (pH = 7)。


    • 故 pH 值大於 7 的水溶液為 (乙) 與 (丙)。


  2. 解釋碳酸氫鈉呈鹼性原因:


    • 碳酸氫根離子 (HCO₃⁻) 在水中同時存在「解離出 H⁺」與「水解產生 OH⁻」兩種競爭反應。


    • 因為其水解常數 (Kb) 大於第二階段解離常數 (Ka₂),導致溶液中的氫氧根離子濃度大於氫離子濃度,故整體表現出鹼性。


【答案】

  1. 呈鹼性的水溶液為 (乙) 醋酸鈉 與 (丙) 碳酸氫鈉。


  2. 因為 HCO₃⁻ 的水解速率與傾向大於解離傾向(Kb > Ka₂),導致水溶液中 OH⁻ 濃度大於 H⁺ 濃度。


四, 莫斯利重點整理

  1. 水解的本質口訣: 「強酸強鹼不水解,有弱才會水解;誰強隨誰性,兩弱看大小」。強酸或強鹼產生的離子不會水解;碰到弱酸根就變鹼性,碰到弱鹼陽離子就變酸性。


  2. 酸式鹽酸鹼性判斷特例:


    • 凡是來自強多元酸的酸式鹽(如 NaHSO₄),水溶液必呈酸性。


    • 來自弱多元酸的酸式鹽(如 NaHCO₃、Na₂HPO₄),多數因水解大於解離而呈弱鹼性(唯有 H₂PO₄⁻ 例外,其 Ka > Kb 故呈微酸性)。


  3. 鹽類水解與中和滴定的連結: 為什麼弱酸強鹼滴定的當量點 pH 值會大於 7?就是因為中和後生成的鹽類發生了水解,釋放出了微量的 OH⁻!


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