酸、鹼在水中的解離與 pH 值：高中必修化學重點整理
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酸與鹼溶於水後會產生不同的離子，因此具有不同的性質。要判斷水溶液的酸鹼性，除了認識酸、鹼的解離方式，也必須了解水的解離、離子積常數 Kw，以及 pH 與 pOH 的計算。
一、酸、鹼的通性
1. 阿瑞尼士酸鹼學說
依照阿瑞尼士酸鹼學說：
酸：在水中可產生 H⁺（質子）者。
鹼：在水中可產生 OH⁻ 者。
酸的解離例子：
(1) HCl(aq) → H⁺(aq)＋Cl⁻(aq)
(2) CH₃COOH(aq) ⇌ H⁺(aq)＋CH₃COO⁻(aq)
鹼的解離例子：
(1) NaOH(aq) → Na⁺(aq)＋OH⁻(aq)
(2) NH₃(aq)＋H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq)＋OH⁻(aq)
2. 酸與鹼的通性
酸 | 鹼 |
嘗起來有酸味 | 有澀味及滑膩感 |
可使藍色石蕊試紙呈紅色 | 可使紅色石蕊試紙呈藍色 |
可與活潑的金屬產生氫氣 | 可與油脂反應生成肥皂（皂化） |
可與鹼中和生成鹽類 | 能與酸中和生成鹽類 |
為一種電解質 | 為一種電解質 |
二、常見的酸與鹼
1. 依每分子可解離的 H⁺ 或 OH⁻ 分類
(1) 酸
單質子酸（一元酸，可解離出一個 H⁺）：
HCl、HNO₃、CH₃COOH。
多質子酸：
雙質子酸（二元酸，可解離出二個 H⁺）：H₂SO₄、H₂CO₃。
三質子酸（三元酸，可解離出三個 H⁺）：H₃PO₄。
(2) 鹼
一元鹼（可解離出一個 OH⁻）：KOH、NaOH、NH₃。
二元鹼（可解離出二個 OH⁻）：Ca(OH)₂、Mg(OH)₂。
三元鹼（可解離出三個 OH⁻）：Al(OH)₃。
2. 依解離度分類
通性 | 酸 | 鹼 |
強電解質（在水中幾乎完全解離） | 氯化氫（HCl）、硝酸（HNO₃）、硫酸（H₂SO₄） | 氫氧化鈉（NaOH）、氫氧化鉀（KOH）、氫氧化鋇（Ba(OH)₂） |
弱電解質（在水中溶解後，僅少部分解離） | 醋酸（CH₃COOH）、氫氰酸（HCN） | 氨（NH₃）、氫氧化鎂（Mg(OH)₂） |
三、pH 值與水的解離
1. 水的解離
水可視為極弱電解質。在 25°C 時，有 10⁻⁷ M 的水解離，因此純水為中性：
[H⁺]＝[OH⁻]＝10⁻⁷ M
2. 水的離子積常數（Kw）
[H⁺] 與 [OH⁻] 的乘積稱為離子積常數（Kw）。
在 25°C 時：
Kw＝[H⁺]×[OH⁻]＝10⁻⁷×10⁻⁷＝10⁻¹⁴
離子積常數 Kw 只與溫度有關，與溶液的酸鹼性無關。
判斷水溶液的酸鹼性：
當 [H⁺]＝[OH⁻]，則溶液呈中性。
當 [H⁺]＞[OH⁻]，則溶液呈酸性。
當 [H⁺]＜[OH⁻]，則溶液呈鹼性。
3. pH 值與 pOH 值
pH 的計算公式：
pH＝−log[H⁺]
[H⁺]＝10⁻ᵖᴴ M
pOH 的計算公式：
pOH＝−log[OH⁻]
[OH⁻]＝10⁻ᵖᴼᴴ M
例如：
[H⁺]＝10⁻⁷ M，則 pH＝7。
又因為 Kw＝[H⁺]×[OH⁻]＝10⁻¹⁴，所以在 25°C 時：
pKw＝pH＋pOH＝14
若 [H⁺]＝a×10⁻⁶ M，則：
pH＝6−log a
例如：[H⁺]＝2×10⁻⁵ M，則：
pH＝5−log 2＝4.7
四、講義例題與解析
範例 5：判斷水溶液的酸鹼性
題目：
下列哪些化合物的水溶液呈鹼性？（應選 2 項）
(A) NO₂ (B) H₃PO₄ (C) CH₃OH (D) Mg(OH)₂ (E) NH₃
範例 6：比較氫離子濃度
題目：
下列何者氫離子濃度最高？（溫度為 25°C）
(A) pH＝4
(B) [H⁺]＝10⁻⁹ M
(C) [OH⁻]＝10⁻⁹ M
(D) pH＝8
(E) pH＝7
範例 7：利用 Kw 判斷溫度
題目：
已知某溫度時，水的 Kw（即 [H⁺]×[OH⁻]）＝1.21×10⁻¹⁴，則 pH＝7 的水溶液為何？
(A) 酸性 (B) 鹼性 (C) 中性 (D) 水溫＝25°C (E) 水溫＜25°C
解答:
5. DE
找金屬的氧化物、氫氧化物或氨。(A)溶於水形成HNO3；(B)會解離出H＋；(C) CH3OH為有機化合物甲醇，屬中性物質
6.A
(A) [H＋]＝10－4 M；(C) [H＋]＝10－5 M；(D) [H＋]＝10－8 M；(E) [H＋]＝10－7 M
7.B
此溫度下，[H＋]×[OH－]＝1.21×10－14 中性時[H＋]＝1.1×10－7＞pH＝7，[H＋]＝1.0×10－7∴pH＝7，[H＋]＝1.0×10－7的水溶液呈鹼性
莫斯利提醒：酸、鹼與 pH 的必考觀念
酸鹼定義：依阿瑞尼士學說，酸在水中產生 H⁺，鹼在水中產生 OH⁻。
酸鹼分類：依可解離的 H⁺ 或 OH⁻ 數量，可分為一元、二元或三元酸鹼。
強弱電解質：強電解質在水中幾乎完全解離；弱電解質則僅部分解離。
水的離子積：Kw＝[H⁺]×[OH⁻]，且只與溫度有關。
酸鹼判斷：比較 [H⁺] 與 [OH⁻]，即可判斷溶液呈酸性、中性或鹼性。
pH 與 pOH：在 25°C 時，pH＋pOH＝14。
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