酸鹼性質實驗

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介紹

酸鹼性質實驗是化學中最重要的話題之一。通常，嚐起來酸的化學物質會將藍色石蕊試紙變紅，這些物質被稱為酸。類似地，嚐起來苦的鹼會將紅色石蕊試紙變藍。酸和鹼相互反應會生成鹽和水。這表明中和作用，即鹼和酸都中和成水的pH值。

如果不對這些事實進行測試和實驗，它們只會停留在假設階段。因此，本文將包含酸鹼性質實驗。將進行三個實驗，每個實驗都使用HCl作為酸，NaOH作為鹼。這些將與石蕊試液（藍/紅）、鋅金屬和碳酸鈉（固體）等化合物一起測試。

酸鹼性質實驗所需材料

進行酸鹼性質實驗需要各種材料，包括：

• 火柴盒

• 滴管

• 試管架

• 試管夾

• 酒精燈

• 分液漏斗

• 石蕊試液或試紙（紅色和藍色）

• 試管

• 平底燒瓶

• 鋅粒

• 石灰水（現配現用）

• 燒杯

• 碳酸鈉（固體）

• 稀NaOH溶液

• 稀HCl溶液

圖1：所需化學藥品和材料清單

(Nefronus, 鋅樣品, CC0 1.0) (Ondřej Mangl, 碳酸鈉, 標記為公共領域，更多詳情請見維基共享資源) (Walkerma at en.wikipedia, 鹽酸 04, 標記為公共領域，更多詳情請見維基共享資源) (Ondřej Mangl, 氫氧化鈉, 標記為公共領域，更多詳情請見維基共享資源) (Deamit, 使用石蕊試紙測定水樣pH值, CC BY 4.0)

什麼是酸？

圖2：常見的無機酸和乙酸

溶於水後生成帶正電荷的水合氫離子（H3O+）的化合物稱為酸。

例如，HNO3釋放NO3-和H+離子，就像HCl釋放H+和Cl-離子一樣。

酸的性質實驗

實驗1：石蕊試驗

• 取兩個試管，並將它們放在試管架上。

• 現在，將兩個試管分別標記為1和2。

• 取試管1，加入5毫升藍色石蕊試液。

• 現在在試管2中加入5毫升紅色石蕊試液。

• 現在，用滴管吸取HCl溶液，在試管1和2中分別加入等量。

• 仔細觀察試管中顏色的變化。

圖3：石蕊試驗

Deamit, 使用石蕊試紙測定水樣pH值, CC BY 4.0

實驗2：碳酸鈉（固體）

• 取一個平底燒瓶，加入1克碳酸鈉和少量蒸餾水。

• 現在取一個（乾燥的雙孔）軟木塞。這個軟木塞應該適合分液漏斗。此外，還應在其上安裝一個導氣管。

• 現在，用乾燥的雙孔軟木塞塞住平底燒瓶的瓶口。然後加入2毫升HCl氣體。

• 釋放的氣體無色無味。然後，該氣體透過石灰水和導氣管。

• 透過石灰水後，石灰水開始變渾濁。

• 該實驗涉及的反應是

$$HCl + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaCl + H_2O(液態) + CO_2(氣態)$$

圖4：碳酸鈉對HCl酸的作用

實驗3：鋅

• 取一個（乾淨乾燥的）試管，放入鋅粒。

• 將HCl溶液（液態）倒入試管中，使鋅粒浸沒在其中。

• 現在稍微傾斜試管，並用軟木塞將其塞緊。

• 將本生燈固定在試管上，然後點燃。

• 現在將試管口緊緊塞住。這應確保沒有蒸汽逸出。

• 放置溶液2-3分鐘後，它會發出強烈的燃燒聲，並釋放出無色無味的氣體。

• 現在，如果你在試管口前燃燒一根火柴，你會看到淡藍色的火焰，然後聽到爆裂聲。

以下是上述實驗中涉及的反應

$$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$$

圖5：Zn對HCl酸的作用

什麼是鹼？

圖6：強鹼和弱鹼（顏色用於區分，並非基於任何科學意義）

溶於水後生成帶負電荷的氫氧根離子（OH-）的化合物稱為鹼。

例如，NaOH釋放Na+和OH-離子。

鹼的性質實驗

實驗1：石蕊試驗

• 取兩個試管，並將它們放在試管架上。

• 現在，將兩個試管分別標記為1和2。

• 取試管1，加入5毫升紅色石蕊試液。

• 現在在試管2中加入5毫升紅色石蕊試液。

• 現在，用滴管吸取NaOH溶液，在試管1和2中分別加入等量。

• 仔細觀察試管中顏色的變化。

實驗2：碳酸鈉（固體）

• 取一個平底燒瓶，加入1克碳酸鈉和少量蒸餾水。

• 現在取一個（乾燥的雙孔）軟木塞。這個軟木塞應該適合分液漏斗。此外，還應在其上安裝一個導氣管。

• 現在，用乾燥的雙孔軟木塞塞住平底燒瓶的瓶口。然後加入稀NaOH溶液（液態）。

• 不會發生任何變化，即不會發生反應。

實驗3：鋅

• 取一個（乾淨乾燥的）試管，放入鋅粒。

• 將NaOH溶液（液態）倒入試管中，使鋅粒浸沒在其中。

• 現在稍微傾斜試管，並用軟木塞將其塞緊。

• 將本生燈固定在試管上，然後點燃。

• 現在將試管口緊緊塞住。這應確保沒有蒸汽逸出。

• 放置溶液2-3分鐘後，它會發出強烈的燃燒聲，並釋放出無色無味的氣體。

• 現在，如果你在試管口前燃燒一根火柴，你會看到淡藍色的火焰，然後聽到爆裂聲。

以下是上述實驗中涉及的反應：

$$2NaOH + Zn \rightarrow Na_2ZnO_2 + H_2\uparrow$$

圖7：Zn對NaOH的作用

注意事項

• 由於大量產生的氫氣會導致爆炸，因此應確保使用少量反應物（NaOH、HCl、Zn）。

• 使用細噴嘴燃燒氫氣。

• 只有在確保裝置完全密閉後，才能將HCl加入碳酸鈉中。

• 處理NaOH和HCl等化學藥品時應小心，因為它們會造成傷害。

觀察結果

實驗	酸	鹼
實驗1：石蕊試驗	藍色石蕊試液與鹽酸反應後變紅。	紅色石蕊試液與NaOH反應後變藍。
實驗2：碳酸鈉（固體）	HCl與碳酸鈉反應釋放CO2。	NaOH與碳酸鈉反應沒有觀察到反應。
實驗3：鋅	HCl與鋅反應生成ZnCl2和H2氣體。	NaOH與鋅反應生成鋅酸鈉和H2氣體。

結論

鹽酸與藍色石蕊試液反應實驗中，溶液變紅。類似地，與碳酸鈉反應時，會釋放CO2。此外，HCl與鋅反應會釋放ZnCl2和H2氣體。因此，證明了HCl的酸性。

類似地，NaOH與紅色石蕊試液反應會使其變藍。與碳酸鈉反應時，NaOH沒有反應。最後，NaOH與鋅反應生成鋅酸鈉和H2氣體。因此，NaOH表現出所有鹼的性質。

常見問題

Q1. 如何透過實驗鑑定酸和鹼？

A1. 有多種實驗可以鑑定酸和鹼。其中一種是石蕊試驗。使用藍色石蕊試液可以鑑定酸，使用紅色石蕊試液可以鑑定鹼。因為藍色石蕊與酸反應後變紅，紅色石蕊與鹼反應後變藍。

Q2. 酸鹼指示劑的重要性是什麼？

A2. 酸鹼指示劑在滴定實驗中用於確定反應的終點。它們也有助於測量不同化合物的pH值。此外，酸鹼指示劑還有助於在科學中進行引人入勝的變色演示。

Q3. pH值有可能為負值嗎？

A3. 儘管pH值的範圍僅為0-14，但可以計算出負的pH值。在氫離子摩爾濃度大於1N的酸中，有可能出現負的pH值。