化學原理啟迪55
1. 【範例】某個實驗把 28.0ml 0.250M 「硝酸HNO3」和 53.0ml 0.320M 「氫氧化鉀KOH」混合在一起。計算這個反應會產生多少水？在這個反應結束之後，過量的H+ 或OH-離子，濃度是多少？
2. 【解決】混合溶液裡的化學物質是
H+ 、NO3-、K+、OH- 和H2O
來自HNO3溶液 來自KOH溶液
3. 因為硝酸鉀是可溶的，K+、NO3-是旁觀離子，所以淨離子反應是：
H+(aq)+ OH-(aq)→H2O(l)
4. 下一步，我們要計算溶液中存在的H+和OH-離子的數量
28.0ml×(1L/1000ml)×(0.250mol H+/L)=7.00×10 -3mol H+
53.0ml×(1L/1000ml)×(0.320mol OH-/L)=1.70×10-2 mol OH-
5. 因為H+和OH-離子反應的比例是1:1，所以，限量反應物是H+。
6. 因此，這個反應中將有7.00×10 -3mol 「H+」和7.00×10 -3mol 「OH-」，產生7.00×10 -3mol 「H2O」。
7. 過量的OH-離子，多餘的分量按照以下方法求出
原本的分量－消耗掉的分量=過量的分量
(1.70×10-2molOH-) – (7.00×10 -3mol OH-)=1.00×10-2 mol OH-
8. 混合溶液的體積是2種溶液個別體積相加
HNO3溶液原本的體積 + KOH溶液原本的體積 = 總體積
28.0ml + 53.0ml = 81.0ml = 8.10×10 -2 L
9. 因此，過量的OH-離子莫耳濃度是
M = molOH-/ L 溶液 =(1.00×10 -2mol OH-/8.10×10-2L)=0.123M OH-
10. 【範例】一個環境化學家分析工廠流出的廢棄物，已知工廠製造過程會產生四氯化碳（CCl4）和苯甲酸（HC7H5O2），苯甲酸是一種弱酸，每個分子可釋放1個氫原子（H+）。有一份流出物的樣本，重0.3518g，放進水中搖勻，溶解裡面的苯甲酸；這個充分溶解苯甲酸的溶液，需要10.59ml 0.1546M的NaOH來中和。計算原始樣本中苯甲酸的重量百分比。
11. 【解決】這個樣品混合物包含CCl4和HC7H5O2，滴定加入「OH-」離子中和。很明顯地，CCl4不是酸(沒有任何氫原子)，所以我們可以假設它完全不會跟「OH-」離子起反應。然而，「苯甲酸HC7H5O2」是「酸」，它與「OH-」離子反應，會釋放出1個「H+」離子：
HC7H5O2 (aq) + OH-(aq) → H2O(l) + C7H5O2-(aq)
12. 雖然「HC7H5O2」是弱酸，但是因為「OH-離子」是強酸，所以我們可以假設每個「OH-離子」將與「HC7H5O2」分子起反應，直到所有的苯甲酸用盡為止。
13. 因為平衡的中和反應方程式顯示，「苯甲酸HC7H5O2」和「OH-」的比例是1：1，因此，要知道原始樣本中的「苯甲酸HC7H5O2」的份量(莫耳數)，只要求出NaOH溶液中被消耗掉的「OH-離子」的份量(莫耳數)，就可以推論出答案。
14. 我們首先必須計算出，讓所有的「苯甲酸HC7H5O2」反應完畢的「OH-離子」，莫耳數是多少？
10.59ml NaOH × (1L/1000ml)×(0.1546molOH-/L NaOH)= 1.637×10 -3 mol OH-
15. 「OH-」莫耳數也是溶液裡「苯甲酸HC7H5O2」的莫耳數。
16. 「苯甲酸HC7H5O2」的重量可利用分子的「莫耳重」計算出來：
1.637×10 -3 mol HC7H5O2×(122.125g HC7H5O2/1mol HC7H5O2)
=0.1999g HC7H5O2
17. 在原始樣本中HC7H5O2的重量比例是：0.1999g/0.3518g ×100% = 56.82%
18. 化學問題讓人覺得很麻煩的原因是，參與其中的組成元素很多種。要簡化含有許多元素的溶液的化學問題，你必須先思考其中的化學物質。成功解決化學問題的關鍵是，寫下溶液內含的所有元素，和弄清楚每種元素的性質。
19. 在判斷會發生什麼反應之前，先寫下溶液組成成分，養成這個習慣。這就是我們所強調的，解決溶液中離子反應的方法。
翻譯編寫Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles》
參考資料：
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