許多重要的化學（包括大部分自然界的化學）發生於溶液中。我們已經介紹一種非常重要的溶液平衡：酸鹼反應。這一章我們將討論更多酸鹼化學的各種應用，並介紹二種溶液平衡，鹽類的溶解與複合離子的形成。

化學原理啟迪188

1.     許多重要的化學（包括大部分自然界的化學）發生於溶液中。我們已經介紹一種非常重要的溶液平衡：酸鹼反應。這一章我們將討論更多酸鹼化學的各種應用，並介紹二種溶液平衡，鹽類的溶解與複合離子的形成。

2.     酸鹼、溶解度與複合離子交互作用達到平衡是很重要的自然過程，鏽蝕的礦藏、從植物中粹取營養與蛀牙。 舉例來說，石灰石（CaCO3）溶解於含有二氧化碳CO2的酸性水：

CO2(aq) + H2O(l) ←→ H⁺(aq) + HCO3^－(aq)

H⁺(aq) + CaCO3(s) ←→Ca²⁺(aq) + HCO3^－(aq)

3.     以上這個反應過程與它們的逆反應，是形成石灰岩洞與鐘乳石和石筍的原因。酸性溶液（含有二氧化碳）溶解地底的石灰石沈積物，而鑽出一個洞穴。當水從洞頂滴下，二氧化碳逸散到空氣中，上述反應步驟逆轉，產生固體碳酸鈣，積聚在洞頂成為鐘乳石，水也透過這些鐘乳石滴到洞底。

含有共同離子的酸或鹼溶液 Solution of Acids or Bases Containing a Common Ion

4.     第七章我們研究過如何計算含有酸或鹼的溶液的平衡濃度。在這個章節我們討論的溶液，不只含有弱酸HA，還有它的鹽類NaA。雖然這種情況看起來有點複雜，但是解決起來並不難，只要用第七章的程序步驟就可計算出來。

5.     假設有一種溶液含有弱酸氟化氫（HF, Ka＝7.2×10^－4）與它的氟化鈉鹽類(NaF)。當鹽類溶解於水中，分子會斷裂為離子－它是強電解質：

NaF(s)→H2O(l)→ Na⁺(aq)+F^－(aq)

6.     因為氟化氫酸是弱酸，並且只有稍微解離，所以溶液中的主要物質是HF、Na⁺、F^－和H2O。在這個溶液中，二種溶質氫氟酸HF和氟化鈉鹽NaF都有共同的離子common ion 「氟F^－」。氟化鈉鹽NaF解離出F^－，對氫氟酸HF的解離平衡有什麼影響？

7.     為了回答這個問題，我們比較二種HF氫氟酸溶液的解離，第一種溶液含有1.0M HF，第二種溶液含有1.0MHF與1.0M NaF。根據勒沙特列原理，HF酸的解離平衡：

8.     第二種溶液的平衡位置將會被NaF解離的F^－逼迫往左移，所以，NaF的存在會造成HF的解離度減少。這造成溶解NaF和HF的溶液，酸性低於只溶解HF的溶液。

9.     因為增加反應平衡含有的離子，導致平衡位置移動，稱為同離子效應 common ion effect。

10.  共同離子效應的情形十分常見。舉例來說，當固體NH4Cl溶解於1.0M 氨水NH3溶液：

NH4Cl(s)→ NH4⁺(aq) + Cl^－(aq)

11.  增加的銨鹽NH4Cl會造成氨水平衡位置

NH3(aq) + H2O(l)→ NH4⁺(aq) + OH^－(aq)

往左移動，減少OH^－離子的濃度（鹼性減弱）。

12.  共同離子效應對多質子酸同樣十分重要。多質子酸的質子產量，因為第一次解離的質子，限制了第二次解離質子，而沒有想像中的得那麼多。

13.  【範例】1.0M的氫氟酸HF溶液，H⁺的平衡濃度是2.7×10^－2M，氫氟酸HF的解離度是2.7%。計算同時含有1.0M HF（Ka＝7.2×10^－4）和1.0MNaF的溶液，質子濃度[H⁺]以及HF在溶液中的解離度。

14.  【解題】隨著我們研究的溶液問題愈來愈複雜，用系統化的方式來解決問題也就愈來愈重要，在我們想要執行數學計算步驟前，必須先專注於溶液中發生的化學反應。

15.  含有1.0MHF和1.0MNaF的溶液裡，主要的物質是：

HF,  F^－,  Na⁺  和 H2O

16.  因為Na⁺既沒有酸性也沒有鹼性，並且水又是極弱的酸或鹼，它們對溶液的酸鹼性質影響不大，比較重要的物質是HF和F^－；它們參與酸的解離平衡，並且控制溶液中的質子濃度[H⁺]。意思就是以下這個反應的平衡位置

HF(aq) → H⁺(aq) + F^－(aq) 

將取決於[H⁺]在溶液中的濃度。

17.  酸的平衡常數方程式

Ka＝[H⁺][F^－]／[HF]＝7.2×10^－4 

18.  最重要的濃度列在下表

19.  特別留意從 「氟化鈉NaF」 解離而來的「F^－氟離子」，初始濃度是1.0M （[F^－]₀＝1.0M），達到平衡後 「氟離子F^－」 的濃度大於1.0M （[F^－]＞1.0M），因為當酸（HF）解離時，它會產生與「質子H⁺ 」一樣多的「氟離子F^－」。

20.  達成平衡後的物質濃度，將符合酸的平衡方程式

Ka＝7.2×10^－4＝[H⁺][F^－]／[HF]＝(x)(1.0＋x)／(1.0－x)≒(x)(1.0)／1.0

因為x數值很小，所以我們可以省略，把(1.0＋x)簡寫成1.0。

21.  解開x得到

x＝1.0／1.0（7.2×10^－4）＝7.2×10^－4

22.  特別留意x跟1相比非常地小，所以我們剛才取的近似值得到的結果是可信的。因此

[H⁺]＝x＝7.2×10^－4M （pH值是3.14）

23.  HF在溶液的解離度是

（[H⁺]／[HF]₀ ）× 100% =（7.2×10^－4M／1.0M）×100%＝0.072%

24.  含有氟化鈉鹽類的HF氫氟酸解離度0.072%，跟不含鹽類的純氫氟酸1.0M HF的質子濃度2.7×10^－2M、解離度2.7%相比，加了鹽類酸性大幅下降。這麼大的差距顯示，NaF解離的氟離子F^－，大幅限制氫氟酸HF的解離度。因為氟化鈉NaF提供氟離子F^－，使氫氟酸HF的解離平衡位置往左移動。

 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

研析心得：

1.     空氣中的二氧化碳與水的結合產生「酸性的水」與碳酸氫根離子；酸性水中的「質子」又與石灰石反應，讓石灰石溶解成鈣離子與碳酸氫根離子，這整個過程會造成石灰石岩層被腐蝕出一個洞穴。

太魯閣九曲洞

2.     此外，溶解於水中的「鈣離子」也會跟「碳酸氫根離子」再度結合，恢復成固體石灰石，這個過程持續下去就會製造出許多鐘乳石。

墾丁仙洞

3.     一個封閉的社會只要有「言論自由」或經常「熱烈地辯論」，就會逐漸地自由、開放、進步。言論自由或新聞自由，會把行政院