酸鹼滴定法 acid-base titration

化學原理啟迪54

1.     酸鹼滴定法是一種「容量分析volumetric analysis」，這是用某一種溶液來分析另一種溶液的技術。

2.     用來測試的溶液稱為「滴定劑titrant」，滴出溶液的儀器稱為「滴定管buret」，它能精確地測量體積。

3.     在滴管中加入可完全與受測試物質反應的分量，顯示出這個份量的刻度點，就是「當量點quivalence point」，或「計量點stoichiometric point」。這個刻度點通常透過某種化學物質顏色改變來找到，這種化學物質稱為「指示劑indicator」。

4.     要成功地完成滴定法，以下幾點必須注意：

(1)  必須知道滴定溶液的濃度。已知濃度的滴定溶液稱為「標準溶液standard solution」。

(2)  必須知道滴定溶液和受測物質之間的確實反應。

(3)  必須知道化學反應的「當量點」，或「滴定終點/計量點」。我們通常會使用在「當量點」改變顏色的指示劑。

(4)  「指示劑」改變顏色的點稱為「終點endpoint」。

(5)  重點是，選擇的「指示劑」的「終點」，是與受測物質平衡的「當量點」一樣。最常用在酸鹼滴定的「指示劑」是酚酞phenolphthalein，它在「酸」中是「無色的」，當受測試的「酸」被「鹼」 滴定到「終點」，酚酞的顏色轉為「粉紅」。

5.     達到化學平衡「計量點」需要多少滴定溶液體積？這必須盡可能精確地知道。

6.     分析酸性物質的時候，我們會用裝有「OH^-氫氧根」的標準溶液的滴管，來判斷溶液裡有多少酸？同樣地，測試鹼性物質就用裝有「質子H⁺」的標準溶液的滴管來測試。

7.     【範例】要中和25.0ml 0.350M的NaOH，需要多少體積的0.100M鹽酸HCl？

8.     【解決】在反應發生前，混合溶液內有的化學物質

H⁺、Cl^-、Na⁺、OH^-和H2O

9.     將會發生什麼樣的反應？有二種可能：

Na⁺(aq) + Cl^-(aq) →NaCl(s)

H⁺(aq)+ OH^-(aq)→H2O(l)

10.  因為NaCl是可溶的，所以第一列的反應不會發生(Na⁺、Cl^-是旁觀離子)。而H⁺ 和OH^-離子確實會產生H2O。

11.  這個反應平衡過的淨離子方程式是：

H⁺(aq)+ OH^-(aq)→H2O(l)

12.  接下來，我們要計算25.0ml的0.350M NaOH樣本，有幾莫耳的OH^-離子？

25.0ml NaOH ×(1L/1000ml) ×(0.350mol OH^-/L NaOH)=8.75×10 ^-3mol OH^-

13.  要分析這個溶液，我們需要足夠的「H⁺離子」來跟既有的「OH^-離子」反應。所以我們不需要判斷誰是限量反應物。

14.  因為，H⁺ 和OH^-離子反應的比例是1:1，所以我們需要8.75×10 -3mol的 H⁺離子來中和既有的OH^-離子。

15.  多少體積的0.100M HCl有8.75×10 -3mol的 H⁺離子?計算如下

V ×0.100mol H⁺/L = 8.75×10 ^-3 mol

16.  解開方程式，得到V

V = 8.75×10 ^-2 L

17.  結論，要中和25.0ml 0.350M的NaOH，需要8.75×10 ^-2 L(87.5ml)的0.100M HCl。

翻譯編寫Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》

圖片來源：www.answers.com/topic/titration、fundamentalphotographs the art of science

 

歌德：

1.     野獸，只能受限於器官，而人，卻能訓練器官、支配器官。

2.     只要叫我們學習偉大的東西，我們就立刻發現自己的知識與見識，多麼地貧窮。然而，這也是經常讓我們獲得學問的途徑。

3.     國家，最尊貴的成員是誰？是誠實、正直、有知識的市民。

4.     大眾，不能缺少有能力的人；而有能力的人，對大眾而言，卻經常是沉重的負擔。有能力的人，總是不斷地督促社會大眾學習，然而，「學習」對大眾而言，真的很沉重。

5.     弱者們，根本不知道自己所求為何，只知一昧地著急地跟在別人後面走，而成為不求甚解的無知大眾。

6.     在現代裡，誰都不肯沉默，誰也都不肯讓步。人必須發言，必須活動，不只是為了征服對手，同時也是為了保持自己的立場。不管是多數派也好，少數派也罷，他們都有權利發言。

7.     國民，要有正確的判斷力，首先必須先從判斷自己做起，要不斷地增加自己的知識，這樣才有力量。但是，國民要到達那種完美的境界，不知得經過多少年。

8.     自然，不斷地建設，但也不斷地破壞，自然的工廠，真是令人捉摸不定。我們尊重古代的基礎，但是也不放棄現在重新建設的權利。

 

酸鹼反應

化學原理啟迪53

1.     阿瑞尼士酸鹼概念：

Ø   酸，就是溶解在水中會產生H⁺(質子)的物質。

Ø   鹼，就是溶解在水中會產生OH^-(氫氧根)的物質。

2.     雖然以上這些觀念基本上是正確的，但是，我們應該用更廣泛的定義，把那些不會產生OH^-的離子的物質涵蓋進來。這種定義就是布忍斯特-勞萊提出的，他們對酸鹼的定義是：

Ø   酸是質子提供者。

Ø   鹼是質子接收者。

3.     我們如何分辨酸鹼反應？對化學不太有經驗的學生來說，其中一個最大的困難，就是去預測當二種溶液混合的時候會發生什麼反應？在沉澱反應的討論裡，我們發現解決這個問題的最好方法是，注意混合溶液裡有哪些化合物？這個方法同樣適用於酸鹼反應。

4.     舉例來說，當鹽酸HCl溶液和氫氧化鈉NaOH溶液混合之後，混合液中含有H⁺、Cl^-、Na⁺、OH^-，因為HCl是強酸，NaOH是強鹼。我們怎麼預測會發生什麼反應呢?會不會出現NaCl沉澱物呢？

5.     從鹽類溶解度規則表，我們知道NaCl是可溶的，因此不會沉澱。所以，Na⁺、Cl^-是旁觀離子。

6.     另一方面，我們知道水是非電解質，水溶液中不可能同時存在大量的H⁺、OH^-離子。它們彼此會反應形成水分子：

H⁺(aq)+OH^-(aq)→H2O(l)

7.     以上是當HCl和NaOH溶液混合的時候，產生的「淨離子反應」。

8.     接下來，讓我們思考醋酸HC2H3O2溶液和氫氧化鉀KOH溶液混合的例子。

9.     之前有關導電度的討論，我們說醋酸溶液是弱電解質。醋酸的解離度很小，事實上，在溶液裡99%的醋酸維持原本不解離的狀態。

10.  氫氧化鉀就不一樣了，固體的氫氧化鉀KOH一溶解到水中，它就完全解離成K⁺ 和OH^-離子。

11.  所以，當HC2H3O2溶液和KOH溶液混合成新溶液的時候，我們知道在反應發生前，溶液裡的主要化合物是H2O、HC2H3O2、K⁺、OH^-，那麼，會發生什麼樣的反應呢？

12.  可能的情況1：K⁺、OH^-離子發生沉澱反應，但是我們已經知道KOH是可溶的。

13.  可能的情況2：氫氧根OH^-和質子H⁺的化學反應；在這個溶液裡面有任何提供質子H⁺的管道嗎?答案是有的，醋酸分子HC2H3O2會提供。

14.  氫氧根離子OH^-會強力吸引質子H⁺，甚至會從醋酸HC2H3O2分子上拔走質子。這個反應的淨離子反應式是：

OH^-(aq)+HC2H3O2(aq)→H2O(l)+ C2H3O2^-(aq)

15.  這個反應說明一個非常重要的規則：氫氧根離子OH^-是非常強的鹼，為了化學計量方便，我們假定「氫氧根離子OH^-」會跟弱酸完全反應，讓弱酸完全解離到水中。

16.  當然，「氫氧根OH^-」離子會跟強酸溶液的「H⁺質子」完全反應。

17.  酸鹼反應通常稱為「中和反應neutralization reaction」。如果有足夠的鹼剛好可以與溶液中所有的酸反應，我們就會說，酸被中和neutralized了。

18.  【摘要 酸鹼反應計算】

(1)  列出混合溶液在反應前的所有物質，並且判斷將會發生什麼反應。

(2)  寫下這個反應的平衡淨離子方程式。

(3)  把反應物的分量轉換成莫耳數。如果是溶液中的反應，好好利用原始溶液的體積和莫耳濃度這類資訊來計算。

(4)  有必要的話，判斷誰是限量反應物。

(5)  必要的話，計算反應物或產物的莫耳數。

(6)  必要的話，把莫耳數轉換成g或溶液體積。

翻譯編寫Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》

 

徐弘毅：

1.     德萊斯頓：政治的目的，在建立容易為善、難於做惡的社會。

2.     波普：秩序，是天國的首要法律。

3.     史賓賽：在所有的人未獲得自由以前，誰也無法獲得完全的自由。

4.     彌爾頓：除了善良的人以外，誰都沒有辦法衷心地去愛自由。不善良的人，所愛的並不是自由，而是放縱。

5.     歌德斯密：法律，抑制窮人，但富者卻支配著法律，這就是不正義的社會。

6.     蕭伯納：明白事理的人，使自己去適應這個世界；不明事理的人，卻在設法使世界適應自己。

7.     斯各托：把完善的教育，遺留給子女，乃是最佳的遺產。

8.     史麥爾斯：勞動，教育身體；學習，教養心靈。

9.     史賓賽：教育最大的目標，並不是知識，而是行動。

10.  季彭：任何有水準的人，都要受兩種教育，第一、來自學養豐富的教師，其次，自我教育。

11.  迪茲雷利：無知，絕對無法解決問題。

 

腔腸動物的二種基本身體樣貌：水螅和水母

生物學的歷史125

1.     許多腔腸動物的生命週期中，有一個長成水螅固定棲息在水底的「水螅階段polyp stage」，然後轉換長成水母那樣可以四處游泳活動的「水母階段medusa stage」。

2.     「水螅階段」屬於無性生殖，透過出芽budding來繁殖新個體，但是「水母階段」則是有性生殖，透過「配子（精卵）」來繁殖。

3.     讓我們以藪枝水母Obelia為例，來了解腔腸動物的典型生命週期。藪枝水母是群聚生活的水螅，牠大部分的人生是處在水螅階段，水螅階段的藪枝水母像樹枝那樣分枝連接，定點棲息在某個地方。

4.     整群水螅，是每一個水螅階段的藪枝水母，用出芽無性生殖的方式，繁殖出來的聚落。新長出來的水螅，附著在中空的莖幹上互相連接，所有水螅的腔腸可以透過莖幹中空的管道流通，稍微消化過的食物能從這個水螅傳送到另一個水螅。

5.     一個成熟的藪枝水母Oblia聚落，包含二種水螅：一、進食水螅feeding polyps，這種水螅有觸手和刺細胞；二、繁殖水螅 reproductive polyps，這種水螅沒有觸手，會定期出芽生殖出透明、會自由地游泳活動的水母medusae。

6.     水母的外型，像一個邊緣垂掛著無數的觸手的鈴噹，這就是水母的樣子。

7.     水母的外型像鈴噹，生殖腺就在鈴噹下製造精子或卵子，製造好的精卵會釋放到周遭的水中。精卵結合後，受精卵就會長成長條狀、有纖毛的幼蟲，稱為浮浪幼蟲或實囊幼蟲planula。

8.     浮浪幼蟲最後會定居在水底，其中一端固定在某個東西上，然後另一端長出口和觸手，變成水螅，接著水螅繁殖生長成新的聚落。藪枝水母的生命週期到此完成。

9.     特別留意，像藪枝水母這樣的腔腸動物，牠們水螅階段和水母階段的交替，跟植物的世代交替的不同點是，腔腸動物的每個階段都是雙倍體；牠們跟所有的動物一樣，一生當中唯一的單倍體階段是精子或卵子。

10.  腔腸動物門分為三類：水螅綱Hydrozoa、缽水母綱Scyphozoa、珊瑚蟲綱Anthozoa。這個分類是看牠們生命週期中比例較重的階段是什麼。

11.  水螅綱，例如藪枝水母，通常有發育完整的水螅階段和水母階段。缽水母綱，是真正的水母，有大而發展完整的水母階段，至於水螅階段則退化，甚至消失。

12.  珊瑚蟲綱，在固定棲息的水螅階段，形成海葵或珊瑚，珊瑚蟲綱的腔腸動物一生都在水螅階段，沒有水母階段。

13.  珊瑚蟲是腔腸動物中最進化的族群，牠們的身體結構比一般的「水螅hydras」複雜得多。

14.  硬珊瑚hard coral會分泌一種堅硬、石灰質的骨骼，這在地球的地質史上扮演非常重要的角色，尤其是在熱帶海洋。珊瑚的骨骼累積好幾年之後，它們就形成很多珊瑚礁、環礁、小島，這些現象在南太平洋特別豐富。

15.  澳洲的大堡礁，是一個寬度有好幾公里、長度達2000公里的珊瑚礁，就是一個小珊瑚改變地貌的最佳範例，這些小珊瑚不僅改變地貌，也創造適合各式各樣生物居住的自然環境。

16.  此外，一般認為，地球上大部分的石油來自於，珊瑚礁大量的有機體的死亡與掩埋。

翻譯編寫Carol H. McFadden, William T. Keeton的《Biology-An Exploration of Life生物學》

圖片來源：

UNM Biology undergraduate Labs、nwgeogirl.smugmug.com/REEF-Marine-Life-ID-Courses、Miss Gertmenian-Wong's Web side

 

徐弘毅：

1.     腔腸動物有二種繁殖方式，也因此有二個生命階段，第一種生命階段為「水螅」屬於無性生殖，透過出芽budding來繁殖新個體；第二個生命階段是「水母」，是有性生殖，透過「配子（精卵）」來繁殖。

2.     較原始、較低階層的動物，常常保有「無性生殖」與「有性生殖」二種方式，較高等的動物只有「有性生殖」。

3.     從物競天擇的角度來看，腔腸動物保留「無性生殖」有什麼好處？腔腸動物沒有細膩的組織分工，沒有足夠的協調運動能力，競爭力比較差，保有「無性生殖」可以擴大族群數量，這樣縱使被淘汰的數量很大，族群還是能生存下去。

4.     當然，腔腸動物的有性生殖，也是以「擴大族群數量」為目的，而不是以「繁殖出品質更好的下一代」為目的，因此，水母階段產生的精卵數量非常驚人，大量的精卵結合成大量的受精卵，供過於求的情況下，掠食者無法吃光牠們的後代。

5.     藪枝水母在水螅階段的生命型態，不像一個整體分工合作的組織，比較像許多各自獨立的細胞群聚在一起，每個水螅各自捕食，但是食物可透過中空的莖幹互相流通分享。

6.     水螅比較清楚的分化是，除了「進食水螅」以外，又演化出預備下一個有性生殖階段的「繁殖水螅」。

7.     「繁殖水螅」會定期用「無性生殖」的方式生出水母，水母的生殖腺再繁殖出精、卵，釋放到到海洋中結合。

8.     腔腸動物的共同特徵是一生由「水螅」與「水母」二個階段組成，依據生命週期的重點，分為：「水螅綱Hydrozoa、缽水母綱Scyphozoa、珊瑚蟲綱Anthozoa」。部分水母的水螅階段完全消失。

9.     《金剛經》把人的特質分為好幾類，其中一類是「化身」，是指有一種人，他們在人生不同階段，變化差距很大，好像「水母」跟「水螅」差距那麼大。

10.  「水母」跟「水螅」看起來確實差很大，可說是一種「化身」型的生命，但其實這二個東西本質上是一樣的，「水母」只是「水螅」倒立過來的樣子。

11.  《金剛經》認為無論任何人，只要能夠打破個人框架，突破「我相—自私自利、人相—偶像崇拜、眾生相—族群意識形態、大眾流行的看法、壽者相—階級意識」，就能得到智慧，生命得以進化。

12.  珊瑚蟲，打破腔腸動物門所有族群的框架，牠們會分泌堅硬、石灰質的骨骼；珊瑚蟲擁有支撐身體的堅硬骨骼，使珊瑚蟲族群的高度可以向上發展，爭取更大的生存空間，更多的食物，更多的陽光。

13.  所以，珊瑚蟲是腔腸動物中最進化的族群，牠們的身體結構比一般的「水螅」複雜得多；牠們改變地貌，形成很多珊瑚礁、環礁、小島，創造適合各式各樣生物居住的自然環境，是海洋生態世界主導物競天擇法則的重要族群。