氫氰酸氣體(HCN)會導致呼吸系統受阻，因此是極毒的物質。溶解於水中的氫氰酸是非常弱的酸(Ka＝6.2×10^－10)。如果有一個0.100M HCN樣品50.0mL，被0.100M NaOH滴定，計算這個溶液在以下情況的pH值。

化學原理啟迪197

1.     氫氰酸氣體(HCN)會導致呼吸系統受阻，因此是極毒的物質。溶解於水中的氫氰酸是非常弱的酸(Ka＝6.2×10^－10)。如果有一個0.100M HCN樣品50.0mL，被0.100M NaOH滴定，計算這個溶液在以下情況的pH值。

a.增加8.00 mL的0.100M NaOH。

2.     【解題】化學計量問題：氫氰酸溶液加入8.00mL的0.100 M NaOH之後，我們得到以下的結果： 

3.     平衡問題：現在溶液內的主要物質是：

HCN,  CN^－,  Na⁺  和 H2O

4.     酸的解離平衡方程式

HCN(aq) ←→ H⁺(aq) + CN^－(aq)

的平衡位置，將會決定溶液的pH值： 

5.     把以上的數值代入Ka方程式，得到

6.2×10^－10＝Ka＝[H⁺][CN^－]／[HCN]

＝｛x〔(0.80／58.0)+x)〕｝／｛（4.2／58.0）+x ｝

＝（0.80／4.2）

x =3.3×10^－9 M＝[H⁺]  並且pH＝8.49

6.     b. 0.100 M NaOH滴定到當量一半的位置。

7.     【解題】原始溶液含有的HCN可從體積與莫耳濃度獲得：

50.0 mL × 0.100 M ＝ 5.00 mmol

8.     當量點的一半的份量是2.50 mmol OH^－，這是多少體積的NaOH呢？

Volume of NaOH(in mL) × 0.100 M＝2.50 mmol OH^－

或 NaOH的體積=25.0 mL

9.     如同我們之前所指出的，在當量點的一半份量時，弱酸氫氰酸的濃度等於氫氰離子 [HCN]=[CN^－]，pH值等於pKa。因此，氫氰酸溶液增加25.0mL的0.100 M NaOH後

pH＝pKa＝－log（6.2×10^－10）＝9.21

10.  C.在當量點的位置。

11.  【解題】當我們添加5.00mmol的OH^－時，就會達到當量點。因為NaOH溶液是0.100M，所以當我們添加50.0mL的NaOH時，就能抵達當量點。這個時候，氫氰酸HCN會全部變成氰離子CN^－。當量點的溶液的主要物質是：

CN^－,   Na⁺  和 H2O

12.  因此控制pH值的反應是氰離子吸引水的質子的反應：

CN^－(aq) + H2O(l) ←→ HCN(aq) + OH^－(aq)

13.  並且

Kb＝Kw／Ka

＝｛1.0×10^－14／6.2×10^－10｝

＝1.6×10^－5＝[HCN][OH^－]／[CN^－]

14.  平衡濃度如下 

15.  把平衡濃度代入Kb方程式，解開得到

[OH^－]＝x＝8.9×10^－4

16.  從離子積常數Kw，我們得到

[H⁺]＝1.1×10^－11 並且 pH＝10.96

17.  比較50.0mL 0.1M的醋酸和50.0mL 0.1M氫氰酸這二個範例，我們得到二個重要的結論。首先它們達到當量點，需要的0.1M NaOH的「份量」一樣。事實上，HCN的酸性比HC2H3O2更弱，但這都不影響它們需要的鹼的「份量」。所以是這些酸的「份量」，而不是酸的強度決定當量點。

18.  第二，當量點的pH值受到酸的酸性強度的影響。醋酸的滴定反應，在當量點的位置pH值是8.72；氫氰酸的滴定反應，當量點的pH值是10.96。會出現這種差距是因為氰離子CN^－的鹼性強度比醋酸根離子C2H3O2^－強。

19.  此外，HCN滴定當量點一半的位置比HC2H3O2高，這同樣是因為氰離子CN^－的鹼性強度比較強（或者說HCN的酸性強度比較弱）。

20.  弱酸強度深深影響它的pH曲線。下圖顯示 0.1M 50mL的各種酸樣本，被0.10M NaOH滴定的情形。特別留意，每種酸抵達當量點所需的0.10M NaOH的體積都一樣，但是pH曲線則極為不同。

21.  酸性愈弱，當量點的pH值愈大。特別是隨著被滴定的酸性愈弱，當量點附近的垂直區域愈小（酸性變化愈小）。

n         翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》