中和(neutralisation)是让氢离子发生反应而被消耗,稀释(dilution)只是把它们分散到更多的水里。 中和时,H⁺ 的物质的量(摩尔数)减少。稀释时,物质的量不变,只有浓度改变。这个区别决定了你在计算中可以使用哪些数值。
这一课建立在把酸性与粒子联系起来之上,属于酸、碱与盐。
这两种变化有什么不同?
| 中和 | 稀释 | |
|---|---|---|
| 加入什么 | 碱性物质或碱 | 水 |
| H⁺ 的物质的量 | 减少 | 不变 |
| H⁺ 浓度 | 降低 | 降低 |
| pH | 上升,可达 7 或更高 | 趋向 7,永远到不了 |
| 是否生成新物质 | 生成盐和水 | 没有 |
对酸和碱来说,离子方程式是 H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l)。盐酸与氢氧化钠的完整方程式是 HCl + NaOH → NaCl + H₂O。
两者都用到的关键公式
物质的量 (mol) = 浓度 (mol/dm³) × 体积 (dm³)
把 cm³ 除以 1000 换成 dm³。稀释时物质的量不变,所以可以根据新体积求出新浓度。
例题
从 25.0 cm³、0.100 mol/dm³ 的盐酸开始。数值是为教学编造的。
A 部分:加水稀释至总体积 250 cm³。
第 1 步: HCl 的物质的量 = 0.0250 × 0.100 = 0.00250 mol。
第 2 步: 物质的量不变,新体积是 250 cm³ = 0.250 dm³。
第 3 步: 新浓度 = 0.00250 ÷ 0.250 = 0.0100 mol/dm³。
对强酸来说,pH 从 1 变为 2。溶液仍然是酸性的。
B 部分:用 0.100 mol/dm³ 的氢氧化钠中和原来的 25.0 cm³。
第 1 步: HCl + NaOH → NaCl + H₂O,比例是 1:1,所以需要 0.00250 mol NaOH。
第 2 步: NaOH 的体积 = 0.00250 ÷ 0.100 = 0.0250 dm³ = 25.0 cm³。
检验: 25.0 cm³ × 0.100 mol/dm³ = 0.00250 mol,与酸的物质的量相等。
C 部分:改为中和稀释后的溶液。 它所含酸的物质的量仍是 0.00250 mol,所以仍需要 25.0 cm³ 同样的氢氧化钠。稀释没有改变酸的物质的量,因此也没有改变所需碱的量。
要留意的错误
错误答案: “稀释到 250 cm³ 后,酸只需要原来十分之一的碱,因为它弱了十倍。”
学生用了浓度,而不是物质的量。
纠正的方法是:中和需要与酸相同摩尔数的碱(对 1:1 的反应而言),而稀释不改变摩尔数。更大的体积只是让这些摩尔数处在较低的浓度。比较之前,一定要先换算成摩尔。
第二个常见错误是说稀释酸“把它中和了”。只有碱性物质才能做到。
自我检测
1. 50.0 cm³ 的 0.200 mol/dm³ HCl 加水稀释至 200 cm³。求新浓度。
查看答案
物质的量 = 0.0500 × 0.200 = 0.0100 mol。新浓度 = 0.0100 ÷ 0.200 = 0.0500 mol/dm³。
2. 一种强酸的 pH 为 2。按体积稀释 100 倍。在简化模型中,新的 pH 是多少?
查看答案
稀释 100 倍使 H⁺ 浓度降为原来的 1/100,pH 上升 2。新的 pH 是 4,溶液仍是酸性。
3. 求中和 20.0 cm³、0.0500 mol/dm³ HCl 所需 0.100 mol/dm³ NaOH 的体积。
查看答案
HCl 的物质的量 = 0.0200 × 0.0500 = 0.00100 mol。比例 1:1,所以 NaOH = 0.00100 mol。体积 = 0.00100 ÷ 0.100 = 0.0100 dm³ = 10.0 cm³。
接下来学什么
能分清两种变化后,接着看中和产物如何制备:选择合适的制盐原理。摩尔与方程式比例辅导器可以帮你核对物质的量,方程式配平推理训练器可以检查方程式。之后用练习题测试自己。
当题目的措辞一变、方法就不再明显时,个别教学可以帮上忙。了解线上一对一化学补习。