第 18 章 鹽和中和作用 18.1 中和作用 18.2 中和作用的放熱性質 18.3 常見鹽類的命名 18.4 鹽的製備 18.5 中和作用的應用重要詞彙進度評估摘要概念圖 P. 1 / 55
18.1 中和作用 中和作用是甚麼? 中和作用即酸和鹽基互相中和中和對方 只會生成鹽和水 酸 + 鹽基 酸與鹼的中和作用 溶液會變為中性中性 中和作用 鹽 + 水 動畫 ( 酸與鹼的中和作用 ) HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H 2 O(l) 酸鹼鹽水 P. 2 / 55
H + Cl 氫氯酸 + Na + 中和作用 Na + Cl H 2 O OH 氯化鈉溶液 氫氧化鈉溶液 圖 18.1 氫氯酸與氫氧化鈉溶液在中和作用中的粒子變化 ( 在氫氯酸和氫氧化鈉溶液的圖中並沒有顯示水分子 ) 18.1 中和作用 P. 3 / 55
以離子的形式表示 : H + (aq) + Cl (aq) + Na + (aq) + OH (aq) Na + (aq) + Cl (aq) + H 2 O(l) Na + (aq) 和 Cl (aq) 在此反應中是 旁觀旁觀 離子離子 離子方程式 : H + (aq) + OH (aq) H 2 O(l) 課文重點酸 + 鹼 鹽 + 水 18.1 中和作用 P. 4 / 55
酸與不溶於水的金屬氫氧化物的中和作用 氫氧化鐵 (III) 是不溶於水的鹽基 稀硝酸與氫氧化鐵 (III) 反應, 生成硝酸鐵 (III) 和水 3HNO 3 (aq) + Fe(OH) 3 (s) Fe(NO 3 ) 3 (aq) + 3H 2 O(l) 酸 不溶於水的金屬氫氧化物 鹽 水 離子方程式 : 3H + (aq) + Fe(OH) 3 (s) Fe 3+ (aq) + 3H 2 O(l) 18.1 中和作用 P. 5 / 55
氫氧化鐵 硝酸鐵 (III) 溶液 圖 18.2 稀硝酸與氫氧化鐵 (III) 反應, 生成硝酸鐵 (III) 和水 課文重點酸 + 不溶於水的金屬氫氧化物 + 鹽水 18.1 中和作用 P. 6 / 55
酸與不溶於水的金屬氧化物的中和作用 氧化銅 (II) 是不溶於水的鹽基 稀硫酸與氧化銅 (II) 產生反應, 生成硫酸銅 (II) 和水 H 2 SO 4 (aq) + CuO(s) CuSO 4 (aq) + H 2 O(l) 酸 離子方程式 : 不溶於水的金屬氧化物 鹽 水 2H + (aq) + CuO(s) Cu 2+ (aq) + H 2 O(l) 試想想 18.1 中和作用 P. 7 / 55
加熱 硫酸銅 (II) 溶液 氧化銅 (II) 圖 18.3 氧化銅 (II) 與稀硫酸反應, 生成硫酸銅 (II) 和水 課文重點酸 + 不溶於水的金屬氧化物 鹽 + 水 18.1 中和作用 P. 8 / 55
課文重點中和作用是氫離子 H + 和氫氧離子 OH ( 或氧離子 O 2 ) 結合生成 水分子的反應, 而過程中會生成鹽 例題 18.1 課堂練習 18.1 18.1 中和作用 P. 9 / 55
18.2 中和作用的放熱性質 所示的簡單實驗裝置, 可用作量度氫氯酸與氫氧化鈉溶液的中和作用所涉及的温度變化 HCl (aq) 温度計 發泡膠杯 NaOH(aq) 圖 18.4 量度中和作用所涉及的温度變化的簡單實驗裝置 燒杯 空氣 P. 10 / 55
中和作用進行時, 温度會上升 所有中和作用均會釋出熱釋出熱能 學習錦囊 第 3B 冊第 34 章會進一步研習測定中和作用的熱能變化的實驗及計算方法 課文重點中和作用是 放熱反應 例題 18.2 實驗 18.1 實驗 18.1 技巧提示 18.1 課堂練習 18.2 18.2 中和作用的放熱性質 P. 11 / 55
18.3 常見鹽類的命名鹽和母體酸 氫氯酸是氯化鈉的母體酸母體酸 可電離的氫原子 氫原子被金屬原子取代 H Cl(aq) + NaOH(aq) Na Cl(aq) + H 2 O(l) 母體酸 鹽 P. 12 / 55
乙酸是乙酸鈉的母體酸母體酸 可電離的氫原子 氫原子被金屬原子取代 CH 3 COO H (aq) + NaOH(aq) CH 3 COO Na (aq) + H 2 O(l) 母體酸 鹽 鹽由陽離子陽離子和陰離子陰離子組成 陽離子來自鹽基 ( 或鹼 ) 陰離子則來自母體酸 18.3 常見鹽類的命名 P. 13 / 55
在由無機酸無機酸生成的鹽的化學式中, 應先列出陽離子 在由有機酸有機酸生成的鹽的化學式中, 應先列出陰離子 母體酸 + 鹽基 生成的鹽 H NO 3 + NaOH Na NO 3 硝酸鈉 硝酸 H Cl + NH 3 NH 4 Cl 氯化銨 氫氯酸 CH 3 COO H + NaOH CH 3 COO Na 乙酸鈉 乙酸 H 2 SO 4 + CuO Cu SO 4 硫酸銅 (II) 硫酸 H 2 表 18.1 一些由不同酸所生成的鹽 18.3 常見鹽類的命名 P. 14 / 55
課文重點鹽是當酸中可電離的 氫原子被金屬離子 ( 或銨離子 ) 取代時, 所生成的化合物 18.3 常見鹽類的命名 P. 15 / 55
命名鹽的規則 規則 1 描述 先寫陰離子的名稱, 然後寫上陽離子 ( 即金屬離子或銨離子 ) 的名稱 例子 Na 2 SO 4 是硫酸鈉 2 3 4 若某金屬可生成多於一種陽離子, 必須使用羅馬數字並加上括號來表示該陽離子的氧化數 若化合物是由一種金屬元素和一種非金屬元素組成, 先寫非金屬的名稱, 並在中間加上 化 字, 然後寫上金屬的名稱 表 18.2 命名鹽的規則 P. 16 / 55 FeCl 2 是氯化鐵 (II) FeCl 3 是氯化鐵 (III) NaCl 是氯化鈉 (NH 4 ) 2 CO 3 是碳酸若陰離子是含有氧的多原子離子, 就毋須銨 ( 而不是碳酸根銨 ) 在中間加上 化 字, 並要刪去 根 字 K 2 SO 4 是硫酸鉀 K 2 SO 3 是亞硫酸鉀 18.3 常見鹽類的命名 例題 18.3 課堂練習 18.3
18.4 鹽的製備製備鹽的一般方法 製備鹽的方法取決於所製的鹽是否溶於水中 鹽所有鉀 鈉和銨鹽所有硝酸鹽所有碳酸氫鹽 溶解度可溶於水可溶於水可溶於水 備註 表 18.3 常見鹽類在水中的溶解度 P. 17 / 55
鹽溶解度 鹵化物 ( 氯化物 可溶於水溴化物和碘化物 ) 硫酸鹽 可溶於水 碳酸鹽 不溶於水 表 18.3 常見鹽類在水中的溶解度 備註 除了 鹵化銀 (AgCl AgBr 和 AgI) 鹵化鉛 (II) (PbCl 2 PbBr 2 和 PbI 2 ) 除了 硫酸鉛 (II) (PbSO 4 ) 硫酸鋇 (BaSO 4 ) 硫酸鈣 (CaSO 4 只微溶於水 ) 除了 碳酸鉀 (K 2 CO 3 ) 碳酸鈉 (Na 2 CO 3 ) 碳酸銨 ((NH 4 ) 2 CO 3 ) 18.4 鹽的製備 P. 18 / 55
以下是製備鹽的兩個重要步驟 : (1) 使用適當的化學反應來製備鹽 (2) 把鹽從反應混合物中分離和提純 18.4 鹽的製備 P. 19 / 55
(1) 化學反應 可溶於水的鹽 酸與以下物質的反應 金屬, 或 不溶於水的鹽基, 或 不溶於水的碳酸鹽 酸與以下物質的反應 鹼, 或 溶於水的碳酸鹽 (2) 分離和提純 過濾 結晶 過濾 結晶 過濾 圖 18.6 說明製備可溶於水及不溶於水的鹽的流程圖 18.4 鹽的製備 沖洗 弄乾 P. 20 / 55
(1) 化學反應 不溶於水的鹽 把兩種溶液混合, 以獲取沉澱 ( 即沉澱作用 ) (2) 分離和提純 過濾 沖洗 弄乾 圖 18.6 說明製備可溶於水及不溶於水的鹽的流程圖 課堂練習 18.4 18.4 鹽的製備 P. 21 / 55
製備可溶於水的鹽 1. 酸與金屬 / 不溶於水的鹽基 / 不溶於水的碳酸鹽的反應 可利用下列任何一個反應來製備硫酸鋅 ( 一種可溶於水的鹽 ): (a) 鋅與稀硫酸的反應 Zn(s) + H 2 SO 4 (aq) ZnSO 4 (aq) + H 2 (g) (b) 氧化鋅與稀硫酸的反應 ZnO(s) + H 2 SO 4 (aq) ZnSO 4 (aq) + H 2 O(l) (c) 碳酸鋅與稀硫酸的反應 ZnCO 3 (s) + H 2 SO 4 (aq) ZnSO 4 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O(l) 18.4 鹽的製備 試想想 P. 22 / 55
第一階段 : 氧化鋅與稀硫酸的反應 步驟 1: 把 30 cm 3 稀硫酸加入燒杯中 步驟 2: 利用刮勺把氧化鋅逐少加入稀硫酸中, 以玻璃棒攪拌反應混合物 若反應太慢, 可輕微加熱混合物 氧化鋅 稀硫酸 圖 18.7 從氧化鋅與稀硫酸的反應製備硫酸鋅晶體 18.4 鹽的製備 加熱 ( 如有需要 ) (1) 和 (2) P. 23 / 55
步驟 3: 繼續加入氧化鋅直至剩餘的固體不再溶解為止 此時, 所有硫酸已在反應中耗盡 氧化鋅 過量的氧化鋅 SBA 提示把過量的金屬 / 不溶於水的鹽基 / 不溶於水的碳酸鹽加入酸中, 可確保所有酸在反應中耗盡, 否則鹽溶液可能會被過量的酸污染 18.4 鹽的製備 (3) 加熱 ( 如有需要 ) P. 24 / 55
第二階段 : 把硫酸鋅溶液從反應混合物中分離步驟 4: 把過量的氧化鋅過濾, 濾液便是硫酸鋅溶液 玻璃棒 混合物 摺好的濾紙殘餘物 ( 過量的氧化鋅 ) 漏斗 (4) 蒸發皿濾液 ( 硫酸鋅溶液 ) 18.4 鹽的製備 P. 25 / 55
第三階段 : 提純硫酸鋅 步驟 5: 把硫酸鋅溶液加熱, 直至蒸發了大約一半的水分 玻璃棒 SBA 提示加熱鹽溶液時, 我們可把玻璃棒浸入熱溶液中, 然後拿起觀察 若浸入的玻璃棒末端在數秒後呈現 混濁, 即表示剩餘溶液的濃度已經足夠令結晶作用發生 18.4 鹽的製備 加熱 (5) P. 26 / 55 硫酸鋅溶液 蒸汽 水
步驟 6: 把濃溶液靜置一旁, 讓它慢慢冷卻至常溫 一段時間後, 會形成硫酸鋅晶體 步驟 7: 把剩餘的溶液過濾, 以取得晶體 用濾紙防塵 (6) 硫酸鋅晶體 濾紙硫酸鋅晶體漏斗 (7) 18.4 鹽的製備 P. 27 / 55
步驟 8: 以少量冷少量冷蒸餾水沖洗晶體 步驟 9: 利用濾紙弄乾或焗爐烘乾晶體 洗滌瓶 水 硫酸鋅晶體 利用濾紙弄乾或焗爐烘乾晶體 (9) (8) 例題 18.4 實驗 18.2 實驗 18.2 SBA 提示以蒸餾水沖洗晶體可除去晶體上的可溶雜質 然而, 我們只能使用少量冷蒸餾水, 以減少晶體的流失 18.4 鹽的製備 課堂練習 18.5 P. 28 / 55
2. 酸與鹼 ( 或可溶於水的碳酸鹽 ) 的反應 我們可利用酸與鹼 ( 或碳酸鹽溶液 ) 的反應來製備鉀 鈉和銨鹽 當中使用的技巧稱為滴定滴定 支架 酸 滴定管 錐形瓶 白瓷磚 圖 18.8 製備鉀鹽 鈉鹽或銨鹽的滴定裝置 鹼 + 指示劑 18.4 鹽的製備 P. 29 / 55
可利用下列任何一個反應來製備氯化鈉 ( 一種可溶於水的鹽 ) (a) 氫氧化鈉溶液與稀氫氯酸的反應 NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H 2 O(l) (b) 碳酸鈉溶液與稀氫氯酸的反應 Na 2 CO 3 (aq) + 2HCl(aq) 2NaCl(aq) + CO 2 (g) + H 2 O(l) 18.4 鹽的製備 P. 30 / 55
第一階段 : 進行氫氧化鈉溶液與稀氫氯酸的滴定 1. 把已知體積 ( 如 25.0 cm 3 ) 的氫氧化鈉溶液置於錐形瓶內 加入數滴甲基橙指示劑後, 溶液呈黃色 2. 把稀氫氯酸加入滴定管內 支架 稀氫氯酸 滴定管 圖 18.9 從氫氧化鈉溶液與稀氫氯酸的反應製備氯化鈉晶體 18.4 鹽的製備 甲基橙指示劑 白瓷磚氫氧化鈉溶液 (1) (2) P. 31 / 55 錐形瓶 氫氧化鈉溶液 + 甲基橙指示劑
3. 把滴定管內的稀氫氯酸加入錐形瓶, 直至溶液剛剛變為橙色 計算中和氫氧化鈉溶液所需加入的稀氫氯酸體積 稀氫氯酸 18.4 鹽的製備 反應混合物 + 甲基橙指示劑 (3) P. 32 / 55
第二階段 : 把適當體積的氫氧化鈉溶液與稀氫氯酸混合以進行反應 4. 重複步驟 1 至 3, 使用與上述體積相同的酸和鹼以進行反應, 但這次不要加入甲基橙指示劑這次不要加入甲基橙指示劑 稀氫氯酸 滴定管 錐形瓶 (4) 氫氧化鈉溶液 18.4 鹽的製備 P. 33 / 55
第三階段 : 把氯化鈉分離和提純 5. 把氯化鈉溶液加熱, 並蒸發當中的水分, 直至溶液剩餘三分一 6. 把濃溶液靜置一旁, 讓它慢慢冷卻至常溫 一段時間後, 便會形成氯化鈉晶體 玻璃棒 氯化鈉溶液蒸汽 水 用濾紙防塵 氯化鈉晶體 加熱 (5) (6) 18.4 鹽的製備 P. 34 / 55
7. 利用過濾法把晶體從剩餘的溶液分離出來 8. 以少量冷少量冷蒸餾水沖洗 9. 利用濾紙弄乾或焗爐烘乾晶體 洗滌瓶 濾紙氯化鈉晶體漏斗 氯化鈉晶體 蒸餾水 利用濾紙弄乾或焗爐烘乾晶體 (7) (8) (9) 18.4 鹽的製備 P. 35 / 55
SBA 提示 若要把水合鹽 ( 例如五水合硫酸銅 (II) (CuSO 4 5H 2 O)) 弄乾, 焗爐的温度不可超過 105ºC, 否則可能會除去水合鹽內的結晶水 例題 18.5 實驗 18.3 課堂練習 18.6 實驗 18.3 18.4 鹽的製備 P. 36 / 55
製備不溶於水的鹽 可利用沉澱作用沉澱作用來製備不溶於水的鹽 把一種含該鹽的陽離子溶液與一種含該鹽的陰離子溶液混合, 便可以取得沉澱 學習錦囊我們慣常會使用硝酸鹽 ( 以提供陽離子 ) 和鈉鹽鈉鹽或鉀鹽 ( 以提供陰離子 ) 來製備不溶於水的鹽 18.4 鹽的製備 P. 37 / 55
製備硫酸鉛 (II) 把兩種鹽 ( 硝酸鉛 (II) 和硫酸鈉 ) 的溶液混和 Pb(NO 3 ) 2 (aq) + Na 2 SO 4 (aq) PbSO 4 (s) + 2NaNO 3 (aq) 離子方程式 : Pb 2+ (aq) + SO 4 2 (aq) PbSO 4 (s) 由於 Na + (aq) 和 NO 3 (aq) 在以上反應是 旁觀 離子, 故會留在溶液當中 18.4 鹽的製備 P. 38 / 55
第一階段 : 把硝酸鉛 (II) 溶液與硫酸鈉溶液混合 1. 把硝酸鉛 (II) 溶液與硫酸鈉溶液在燒杯中混合 2. 以玻璃棒徹底拌勻混合物, 硫酸鉛 (II) 沉澱會逐漸形成 混合 玻璃棒 攪拌 過濾混合物 沖洗沉澱 Pb(NO 3 ) 2 溶液 Na 2 SO 4 溶液白色的 PbSO 4 沉澱 (Pb 2+ (aq) 離子 (SO 2 4 (aq) 的來源 ) (1) 離子的來源 ) (2) 圖 18.10 從硝酸鉛 (II) 溶液和硫酸鈉溶液製備不溶於水的硫酸鉛 (II) 18.4 鹽的製備 P. 39 / 55
第二階段 : 把硫酸鉛 (II) 分離及提純 3. 把反應混合物過濾, 以取得沉澱 4. 用大量大量蒸餾水沖洗沉澱 洗滌瓶 PbSO 4 沉澱 蒸餾水 漏斗 (3) 和 (4) 濾液 ( 可棄掉 ) SBA 提示大量蒸餾水是用來清除任何水溶性水溶性的雜質 18.4 鹽的製備 P. 40 / 55
5. 利用濾紙弄乾或焗爐烘乾沉澱 乾燥的 PbSO 4 (5) 例題 18.6 例題 18.7 課堂練習 18.7 實驗 18.4 實驗 18.4 18.4 鹽的製備 P. 41 / 55
18.5 中和作用的應用調節土壤的 ph 值 最適合植物生長的土壤 ph 值約為 7 若土壤酸性很高, 農夫通常會把粉狀的石灰石 ( 天然的碳酸鈣 ) 生石灰 ( 氧化鈣 ) 或熟石灰 ( 氫氧化鈣 ) 加入土壤土壤中, 以中和土壤的酸性 這過程稱為 土壤的石土壤的石灰處理灰處理 活動 18.1 試想想 P. 42 / 55
圖 18.11 利用粉狀的石灰石來中和土壤的酸性 若土壤的鹼性過高, 農夫可加入硫酸銨硫酸銨 學習錦囊 硫酸銨也是一種肥料 例題 18.8 課堂練習 18.8 18.5 中和作用的應用 P. 43 / 55
中和過量胃酸 若胃部分泌過量的胃酸 ( 主要含有氫氯酸 ), 便會造成消化不良 我們可服用制酸劑制酸劑來治療消化不良 制酸劑是含有弱鹽基如氫氧化鎂氫氧化鎂和氫氧化鋁氫氧化鋁的藥物 這些鹽基可中和過量的胃酸 Mg(OH) 2 (s) + 2HCl(aq) MgCl 2 (aq) + 2H 2 O(l) Al(OH) 3 (s) + 3HCl(aq) AlCl 3 (aq) + 3H 2 O(l) 試想想 18.5 中和作用的應用 P. 44 / 55
圖 18.12 制酸劑可中和過量的胃酸 STSE 連繫 18.1 18.5 中和作用的應用 P. 45 / 55
工業廢料的處理 電鍍和漂染等工業活動排出的酸性液體廢料會造成水質污染, 並且危害水中生物 排放前必須先把熟石灰熟石灰或碳酸鈉碳酸鈉加入酸性的液體廢料, 以中和它的酸性 圖 18.13 工業活動排出的液體廢料通常是酸性的 工廠在排放鹼性的液體廢料前, 通常會加入硫酸硫酸先作處理, 以中和廢料中的鹼性物質 18.5 中和作用的應用 P. 46 / 55
肥料的生產 硝酸和氨水的中和作用會生成硝酸銨 HNO 3 (aq) + NH 3 (aq) NH 4 NO 3 (aq) (a) (b) 圖 18.14 (a) 硝酸銨晶體 (b) 經包裝後的硝酸銨會運到農場出售 課堂練習 18.9 STSE 連繫 18.2 18.5 中和作用的應用 P. 47 / 55
重要詞彙 1. 中和作用 neutralization 2. 中和 neutralize 3. 中性 neutral 4. 母體酸 parent acid 5. 鹽 salt 6. 滴定 titration 7. 沉澱作用 precipitation 8. 制酸劑 antacid P. 48 / 55
進度評估 1. 中和作用是甚麼? 2. 中和作用的過程中會釋放熱能還是吸收熱能? 3. 鹽是甚麼? 4. 甚麼是鹽的母體酸? 5. 命名鹽的規則是怎樣的? 6. 常見的鹽類在水中的溶解度是怎樣的? 7. 製備可溶於水的鹽如硫酸鋅 硝酸銅 (II) 和氯化鎂的一般方法是甚麼? 8. 製備可溶於水的鹽如鉀 鈉和銨鹽的一般方法是甚麼? P. 49 / 55
9. 製備不溶於水的鹽的一般方法是甚麼? 10. 你能舉出中和作用的一些應用嗎? 進度評估 P. 50 / 55
摘要 18.1 中和作用 1. 中和作用是酸和鹽基的反應, 過程中只會生成鹽和水 18.2 中和作用的放熱性質 2. 中和作用是放熱反應 18.3 常見鹽類的命名 3. 鹽是當酸中可電離的氫原子被金屬離子 ( 或銨離子 ) 取代時, 所生成的化合物 4. 命名離子化合物的規則也適用於命名鹽 參看第 11 頁的表 18.2 P. 51 / 55
18.4 鹽的製備 5. 有些鹽可溶於水中, 有些則不溶於水 有關常見的鹽類在水中的溶解度, 參看第 12 頁的表 18.3 6. 鹽的一般製備方法取決於它們在水中的溶解度 鹽 溶於水的鹽 不溶於水的鹽 一般製備方法 酸與金屬 / 不溶於水的鹽基 / 不溶於水的碳酸鹽的反應 酸與鹼 / 可溶於水的碳酸鹽的反應 把兩種溶液混合, 以獲取沉澱 例子 CuO(s) + H 2 SO 4 (aq) CuSO 4 (aq) + H 2 O(l) HNO 3 (aq) + NaOH(aq) NaNO 3 (aq) + H 2 O(l) AgNO 3 (aq) + NaCl(aq) AgCl(s) + NaNO 3 (aq) 摘要 P. 52 / 55
18.5 中和作用的應用 7. 中和作用的應用包括 : 調節土壤的 ph 值 中和過量胃酸 工業廢料的處理 肥料的生產 摘要 P. 53 / 55
概念圖 酸 + 鹽基中和作用 應用 調節 土壤的 ph 值 中和過量胃酸 工業廢料的處理 肥料的生產 鹽 水 熱能 ( 放熱反應 ) P. 54 / 55
鹽 可溶於水的鹽 酸 + 金屬 / 不溶於水的鹽基 / 不溶於水的碳酸鹽 製備方法 酸 + 鹼 / 溶於水的碳酸鹽 不溶於水的鹽 製備方法 沉澱作用 概念圖 晶體 1. 結晶 2. 過濾 3. 沖洗 4. 弄乾 沉澱 1. 過濾 2. 沖洗 3. 弄乾 P. 55 / 55