酸和鹽基 / 子課題
pH 與強弱酸鹼
pH and Strong/Weak Acids and Bases
pH計算公式、強弱酸鹼的分類依據及典型例子
核心考點 (Knowledge Groups)
1. pH 與強弱酸鹼
考評提示：pH 定義及酸鹼性判斷
- pH = −log[H⁺(aq)]。pH < 7 酸性，pH = 7 中性，pH > 7 鹼性。
2. 強弱酸鹼的分類與比較
考評提示：強弱酸鹼分類依據及相同 pH 下的比較
- 強酸：HCl, HNO₃, H₂SO₄（完全電離）。弱酸：CH₃COOH, H₂CO₃, H₃PO₄（部分電離）。強鹼：NaOH, KOH, Ca(OH)₂。弱鹼：NH₃。
常見題型 · scoring points
解釋 pH 標度的定義並示範計算強酸溶液的 pH
- 定義：pH = −log[H⁺(aq)]，為量度溶液氫離子濃度的對數標度，範圍常見為 0–14。
- 強酸完全離解：例 0.01 mol dm⁻³ HCl(aq)，[H⁺] = 0.01 mol dm⁻³，pH = −log(0.01) = 2。
- H₂SO₄ 為雙質子酸：0.01 mol dm⁻³ H₂SO₄(aq) → [H⁺] ≈ 0.02 mol dm⁻³，pH ≈ 1.7。
- 陷阱：不可將「稀釋10倍」簡單視為「pH加1」，極稀或弱酸情況需小心。
區分強酸與弱酸並以離解方程式說明
- 強酸：在水中完全離解，例如 HCl(aq) → H⁺(aq) + Cl⁻(aq)，單箭頭表示反應完全。
- 弱酸：在水中僅部分離解，例如 CH₃COOH(aq) ⇌ CH₃COO⁻(aq) + H⁺(aq)，雙箭頭表示達平衡。
- 同濃度下強酸的 [H⁺] 較高，故 pH 較低；弱酸的 [H⁺] 較低，pH 較高。
- 常見強酸：HCl、HNO₃、H₂SO₄；常見弱酸：CH₃COOH、H₂CO₃、檸檬酸。
設計實驗比較相同濃度 HCl(aq) 與 CH₃COOH(aq) 的強度
- 方法一（導電性）：用導電性測試器量度兩溶液；HCl(aq) 燈泡較亮，因為 [H⁺] 及離子總濃度較高。
- 方法二（與 Mg 反應）：同時加入相同大小 Mg 帶，HCl 產生氫氣速率較快（氣泡較密），反應較劇烈。
- 方法三（pH 計）：量度兩溶液 pH，HCl pH 較低（約1），CH₃COOH pH 較高（約3）。
- 控制變數：兩酸的摩爾濃度、體積、溫度須相同，才可合理比較強度。
解釋「濃稀」與「強弱」的差別並舉例
- 「濃/稀」：指溶液中溶質的量（摩爾濃度），與物質本身無關——任何酸皆可濃或稀。
- 「強/弱」：指酸鹼在水中離解的程度——強酸完全離解，弱酸部分離解。
- 四種組合皆可能：濃強酸（18 mol dm⁻³ H₂SO₄）、稀強酸（0.1 mol dm⁻³ HCl）、濃弱酸（冰醋酸17 mol dm⁻³）、稀弱酸（0.1 mol dm⁻³ CH₃COOH）。
- 陷阱：稀強酸的 pH 可能比濃弱酸更低，切勿只看濃度判斷酸性強弱。
計算將強酸稀釋後的 pH 變化
- 公式：稀釋時 n(H⁺) 不變，故 c₁V₁ = c₂V₂。
- 例：25.0 cm³ 的 0.10 mol dm⁻³ HCl 加水稀釋至 250 cm³ → 新 [H⁺] = 0.01 mol dm⁻³。
- pH 變化：由 pH = 1 變為 pH = 2（稀釋10倍，pH 上升1個單位）。
- 陷阱：極度稀釋（<10⁻⁶ mol dm⁻³）時不可忽略水的自我離解貢獻的 H⁺，pH 不會超過 7。
辨別具相同 pH 的 HCl(aq) 與 CH₃COOH(aq)
- 若兩酸 pH 相同（如皆為3）→ [H⁺] 相同，但 HCl 的總濃度較低，CH₃COOH 的總濃度較高（因弱酸只部分離解）。
- 測試：加入過量 Mg 帶比較產生 H₂ 的總體積；CH₃COOH 產生較多 H₂（更多未離解酸可再提供 H⁺）。
- 另法：加入 NaOH 滴定至當量點所需 NaOH 體積；CH₃COOH 需較多 NaOH。
- 觀察：同 pH 下反應起始速率相近，但 CH₃COOH 持續反應更長時間。
以 HCl、H₂SO₄、H₃PO₄ 為例說明酸的鹽基度
- 鹽基度 (basicity)：每個酸分子能釋出的 H⁺ 數目。
- HCl 為單質子酸（鹽基度1）：HCl → H⁺ + Cl⁻。
- H₂SO₄ 為雙質子酸（鹽基度2）：H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄²⁻。
- H₃PO₄ 為三質子酸（鹽基度3）：可逐步釋出三個 H⁺，生成 H₂PO₄⁻、HPO₄²⁻、PO₄³⁻。
解釋水在顯示酸性時所扮演的角色
- 實驗：將乾燥 HCl(g) 通入乾燥藍色石蕊紙→不變色；加水後→變紅。
- 結論：純 HCl 分子本身無酸性，必須在水中離解產生 H⁺(aq) 才表現酸性。
- 方程式：HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻，水接受質子形成水合氫離子。
- 實際意義：酸性是 H⁺(aq) 的性質，不是酸分子本身；故酸需溶於水才有酸性反應。
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關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
