| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.1.A |
|
酸与碱
AP 化学 · 第 8 主题
8.1
酸碱导论
大纲
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
按布朗斯特-劳里(Brønsted–Lowry)定义,一个酸(acid)是一个质子($\text{H}^+$)给体而一个碱(base)是一个质子受体。当一个酸给出一个质子时它变成它的共轭碱(conjugate base);一个碱获得一个质子变成它的共轭酸(conjugate acid)。水是两性(amphoteric)的——它能作为任一个。


| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| acid | 酸 | suān |
| base | 碱 | jiǎn |
| conjugate base | 共轭碱 | gòng è jiǎn |
| conjugate acid | 共轭酸 | gòng è suān |
| weak acid | 弱酸 | ruò suān |
8.1
酸碱导论
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.1.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
即使纯水也导一点点电流,因为水分子彼此反应,这个反应叫做自偶电离(autoionization):
在纯水里两种离子以相等的数目生成,所以 $[\text{H}_3\text{O}^+]=[\text{OH}^-]$ 而 $\text{pH}=\text{pOH}=7.0$。这就是中性(neutral)的意思。酸性意味着 $[\text{H}_3\text{O}^+]>[\text{OH}^-]$(pH 低于 7);碱性则相反。
Worked example. 一个溶液有 $[\text{H}_3\text{O}^+]=2.0\times10^{-3}\ \text{M}$。求 $[\text{OH}^-]$。因为 $K_w$ 在水里始终成立,
$K_w$ 是温度依赖的:自偶电离是吸热的,所以加热水使它正向移动并升高 $K_w$。在 50 °C,$K_w>1.0\times10^{-14}$,所以中性水有 $\text{pH}=\text{pOH}<7.0$。它仍然是中性的,因为离子浓度仍然相等——中性意味着离子相等,而不是 pH 恰好为 7。

| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| autoionization | 自偶电离 | zì ǒu diàn lí |
| hydronium ion | 水合氢离子 | shuǐ hé qīng lí zi |
| ion-product constant of water | 水的离子积 | shuǐ de lí zi jī |
| neutral | 中性 | zhōng xìng |
| pH | pH值 | pH zhí |
8.2
强酸与强碱的 pH 与 pOH
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.2.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
pH值(pH)标度测量酸度:$\text{pH}=-\log[\text{H}^+]$,在 25 °C 有 $\text{pH}+\text{pOH}=14$。一个强酸(strong acid)或强碱(strong base)完全解离,所以它的离子浓度等于它的浓度——直接读 pH。更低的 pH 意味着更酸。

Worked example. 求 $0.010\ \text{M}$ HCl 的 pH。因为 HCl 是一个强酸它完全解离,所以 $[\text{H}^+]=0.010\ \text{M}$ 而
Move along the pH scale
pH measures hydrogen-ion concentration on a log scale: each unit is a tenfold change. Strong acids sit low, strong bases high, 7 is neutral.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| strong acid | 强酸 | qiáng suān |
| strong base | 强碱 | qiáng jiǎn |
8.3
弱酸与弱碱的平衡
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.3.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个弱酸(weak acid)只部分解离,由一个平衡常数 $K_a$ 描述(更大的 $K_a$ = 更强的弱酸);一个弱碱有 $K_b$。因为解离很小,用一张 ICE 表和 $K_a$ 表达式求 $[\text{H}^+]$,常常用小-$x$ 近似。
Worked example. 求 $0.10\ \text{M}$ 乙酸的 pH,$K_a=1.8\times10^{-5}$。令 $x=[\text{H}^+]$ 在平衡处;ICE 表给出 $K_a=\dfrac{x^2}{0.10-x}\approx\dfrac{x^2}{0.10}$(小-$x$ 近似),所以
8.4
酸碱反应与缓冲溶液
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.4.A |
|
来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个缓冲溶液(buffer)抵抗 pH 变化。它含一个弱酸和它的共轭碱(或一个弱碱和它的共轭酸)以相当的量。加入的酸被共轭碱中和,而加入的碱被弱酸中和,所以 pH 几乎不移动。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| buffer | 缓冲溶液 | huǎn chōng róng yè |
8.5
酸碱滴定
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.5.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一条滴定曲线(titration curve)在加入碱(或酸)时画出 pH。关键点:等当点(equivalence point)(酸的摩尔 = 碱的摩尔——一个陡峭的跳跃),和半等当点(half-equivalence point),那里 $\text{pH}=\text{p}K_a$(一半的弱酸被转化,所以一个缓冲溶液在它的中心)。
一种酸碱指示剂(acid-base indicator)本身是一种弱酸,它的质子化形式和去质子化形式有不同的颜色,所以它的颜色随 pH 而响应。你要挑选一种颜色变化发生在滴定等当点 pH 附近的指示剂,这样颜色恰好在反应完成时翻转。

Titrate to the equivalence point
A titration curve rises gently, then sharply at the equivalence point where moles of acid and base match. The steep jump pinpoints that volume.
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| titration curve | 滴定曲线 | dī dìng qū xiàn |
| equivalence point | 等当点 | děng dāng diǎn |
| acid-base indicator | 酸碱指示剂 | suān jiǎn zhǐ shì jì |
8.6
酸碱的分子结构
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.6.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
强度有结构的根源。一个酸更强,当它的共轭碱更稳定时——例如,更多电负性原子或共振散布负电荷稳定它。对于含氧酸,中心原子上更多氧原子意味着一个更强的酸。
8.7
pH 与 pKa
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.7.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
$\text{p}K_a=-\log K_a$:一个更小的 $\text{p}K_a$ 意味着一个更强的酸。把 pH 与 $\text{p}K_a$ 比较告诉你主导的形式:低于 $\text{p}K_a$ 酸形式主导;高于它,共轭碱形式主导。
8.8
缓冲溶液的性质
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.8.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个缓冲溶液在弱酸和共轭碱浓度相似(pH 接近 $\text{p}K_a$)时工作最好。选择一个 $\text{p}K_a$ 接近目标 pH 的缓冲溶液。稀释一个缓冲溶液几乎不改变它的 pH,因为酸对碱的比保持相同。

8.9
亨德森-哈塞尔巴尔赫方程
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.9.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
对于一个缓冲溶液,pH 由酸对碱的比得出:
Worked example. 一个缓冲溶液持有 $0.20\ \text{M}$ 乙酸($\text{p}K_a=4.74$)和 $0.30\ \text{M}$ 乙酸盐。它的 pH 是
8.10
缓冲容量
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.10.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
缓冲容量(buffer capacity)是一个缓冲溶液在它的 pH 急剧变化之前能吸收多少酸或碱。它在组分浓且以大致相等的量时最大。一旦一个组分被用尽,缓冲溶液失效。
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| Buffer capacity | 缓冲容量 | huǎn chōng róng liàng |
8.11
pH 与溶解度
大纲
| Learning Objective | Essential Knowledge |
|---|---|
8.11.A |
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来源:美国大学理事会 AP 课程与考试说明
一个带一个碱性阴离子的盐的溶解度在酸性溶液里上升:加入的 $\text{H}^+$ 与阴离子反应,把它从溶解度平衡里移除并拉更多固体溶解(勒沙特列应用于 $K_{sp}$)。所以 pH 能控制一个离子固体是否溶解。
8.11
考试技巧
- $\text{pH}=-\log[\text{H}^+]$ 是对数的——每一个单位是 $[\text{H}^+]$ 的一个十倍变化。
- 一个强酸/碱完全解离(所以 $[\text{H}^+]$ = 浓度);一个弱的只部分,需要 $K_a$。
- 一个缓冲溶液含一个弱酸和它的共轭碱在一起;它通过吸收加入的酸或碱来抵抗 pH 变化。
- 在一条滴定曲线上等当点是陡峭的跳跃;半等当点有 $\text{pH}=\text{p}K_a$。
- 一个更小的 $\text{p}K_a$ 意味着一个更强的酸。
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