研究酸鹼溶液時，分辨清楚溶液中弱酸達成平衡時的「解離量」是十分有價值的事。

化學原理啟迪169

1.     研究酸鹼溶液時，分辨清楚溶液中弱酸達成平衡時的「解離量」是十分有價值的事。解離度的定義如下

解離度＝解離量（mol／L）÷ 初始濃度（mol／L）

2.     舉例來說，1.00M的「氫氟酸HF」溶液，質子濃度[H⁺]＝2.7×10^－2M。當這個系統達成平衡時，會解離出2.7×10^－2mol/L：

解離度＝（2.7×10^－2mol/L÷ 1.00 mol/L）×100％＝2.7%

3.     每個特定的弱酸，隨著酸的溶解度愈高，解離度愈高。舉例來說，「醋酸」的溶解度在0.10M溶液中遠比1.0M高。（醋酸HC2H3O2, Ka=1.8×10^－5）

4.     即使平衡狀態下，「0.10M醋酸溶液」的H⁺離子濃度比「1.0M醋酸溶液」小，0.10M溶液的解離度（1.3%）還是比1.0M溶液（0.42%）高。

5.     因此我們可以得到一個結論。任何弱酸溶液HA，它的質子濃度[H⁺]會隨著初始物質濃度[HA]0減少而減少，但是解離度卻隨著[HA]0濃度減少而增加。

6.     假設有一種弱酸HA的初始濃度是[HA]0。達成平衡時

[HA]＝[HA]0－x≒[HA]0

[H⁺]＝[A^－]＝x

7.     因此

Ka＝[H⁺][A^－]／[HA] ≒（x）（x）／[HA]0

8.     現在假設有足夠的水能夠把這個弱酸溶液稀釋十倍。那麼新的濃度是：

[A^－]new＝[H⁺]new＝x／10

[HA]new＝[HA]0／10

9.     反應商數Q是

Q＝﹛（x/10）（x/10）﹜÷﹛[HA]0/10 ﹜

＝﹛1(x)(x) ﹜÷﹛10[HA]0﹜ ＝1／10 Ka

10.  因為「反應商數Q」比「酸的平衡常數Ka」小，系統將會往右移達到新的平衡位置。這顯示解離度隨酸更加溶解而提高。

11.  【例題】乳酸（HC3H5O3）是肌肉組織使力後，逐漸累積在肌肉組織中的廢棄物，乳酸累積在肌肉組織中會造成疼痛和疲倦。在0.100M溶液中，乳酸的溶解度是3.7％。計算乳酸的Ka值。

12.  【解題】低解離度顯示出乳酸HC3H5O3是弱酸。因此溶液中的主要化合物是未解離的乳酸和水

HC3H5O3 和 H2O

13.  雖然HC3H5O3是弱酸，但酸性還是比水強，因此是溶液中H⁺的主要來源

HC3H5O3(aq)←→H⁺(aq) + C3H5O3^－(aq)

14.  平衡的方程式是

Ka＝[H⁺][ C3H5O3^－]／[HC3H5O3]

15.  假設達成平衡要做的改變是x mol／L，初始濃度與平衡濃度如下：

16.  要達到平衡需要改變的莫耳數，可從解離度方程式得到

解離度＝3.7％＝﹛x／[HC3H5O3]﹜×100%＝（x／0.10） × 100%

17.  得到 x=﹛3.7／100﹜（0.10）＝3.7×10^－3 mol/L

18.  現在我們可以計算平衡濃度

[HC3H5O3]＝0.10－x＝0.10M

[C3H5O3^－]＝[H⁺]＝x＝3.7×10^－3 M

19.  利用這些濃度，可以計算出的Ka值：

Ka＝[H⁺][C3H5O3^－]／[HC3H5O3]＝﹛（3.7×10^－3）（3.7×10^－3）﹜÷ 0.10

＝1.4×10^－4

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