國中教育會考 理化(四)・九年級下學期 理化

化學反應與酸鹼

反應速率、酸鹼性質、pH 值與中和反應

內容概述

影響反應速率的因素:本性、濃度(愈高愈快)、溫度(愈高愈快)、接觸面積(顆粒愈小愈快)、催化劑(改變速率但本身不消耗)。酸在水中解離出氫離子 H⁺(如鹽酸 HCl、硫酸 H₂SO₄、醋酸 CH₃COOH),鹼解離出氫氧根離子 OH⁻(如氫氧化鈉 NaOH、氨水)。pH 值:pH=7 中性,pH<7 酸性(愈小愈酸),pH>7 鹼性。指示劑:石蕊遇酸變紅、遇鹼變藍;酚酞遇鹼變紅、遇酸不變色。酸鹼中和:酸+鹼→鹽+水,並放出熱量,例如 HCl+NaOH→NaCl+H₂O。生活應用:胃藥(鹼性)中和胃酸、被蜂螫塗氨水。

學習重點

  1. 1反應速率四大外在因素:濃度、溫度、接觸面積、催化劑(口訣:濃溫面催)
  2. 2催化劑改變反應速率但反應前後質量與性質不變
  3. 3酸的通性來自 H⁺,鹼的通性來自 OH⁻;電解質水溶液可導電
  4. 4pH 每差 1,氫離子濃度差 10 倍;pH 3 比 pH 5 酸 100 倍
  5. 5石蕊:酸紅鹼藍;酚酞:鹼性變粉紅、酸性與中性無色
  6. 6中和反應必生成『鹽+水』且放熱,完全中和時溶液不一定是中性(強酸弱鹼鹽偏酸)

國中教育會考出題趨勢:會考重點:由實驗表格判斷影響反應速率的變因(控制變因法)、指示劑變色判斷酸鹼、pH 值與氫離子濃度的關係、中和反應的離子變化圖。常見陷阱:催化劑會改變速率但不增加產物總量;酚酞在酸性溶液是無色而非變紅。

108 課綱對應

進階探究・深度解析

粒子碰撞學說是理解反應速率的核心:反應要發生,粒子必須以足夠能量有效碰撞。濃度高=粒子多=碰撞頻繁;溫度高=粒子動得快=碰撞既頻繁又有力;面積大=可碰撞的表面多。會考實驗題常以大理石加鹽酸產生 CO₂ 的快慢設計變因比較。

中和反應的微觀本質是 H⁺+OH⁻→H₂O。以 NaOH 滴入 HCl 為例:Na⁺ 與 Cl⁻ 是旁觀離子,數量不變;H⁺ 逐漸減少、OH⁻ 在中和點後才開始增加。畫離子數量變化圖是會考高頻圖表題。

生活中的酸鹼:檸檬汁 pH 約 2、雨水約 5.6(溶入 CO₂ 天然微酸)、酸雨定義為 pH<5、血液約 7.4、海水約 8。土壤過酸時農民撒石灰(鹼性)改良,正是中和反應的應用。

章節試題(4 題・附詳解)

1.基礎將石蕊試紙與酚酞指示劑分別加入某無色水溶液中,結果石蕊試紙呈藍色、酚酞呈粉紅色。此水溶液最可能是下列何者?

測驗重點:指示劑變色

  1. (A) 稀鹽酸
  2. (B) 食鹽水
  3. (C) 氫氧化鈉水溶液
  4. (D) 糖水
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正確答案:(C) 氫氧化鈉水溶液

石蕊遇鹼變藍、酚酞遇鹼變粉紅,兩項結果都指向鹼性溶液。選項中只有氫氧化鈉為鹼性,故選(C)。稀鹽酸為酸性(石蕊變紅)、食鹽水與糖水為中性。

2.中等小明比較大理石與鹽酸反應產生二氧化碳的快慢,設計四組實驗。若要探討『接觸面積』對反應速率的影響,應選擇哪兩組比較?甲:塊狀大理石+10% 鹽酸、25°C;乙:粉狀大理石+10% 鹽酸、25°C;丙:塊狀大理石+20% 鹽酸、25°C;丁:粉狀大理石+10% 鹽酸、40°C。

測驗重點:反應速率變因

  1. (A) 甲與乙
  2. (B) 甲與丙
  3. (C) 乙與丁
  4. (D) 丙與丁
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正確答案:(A) 甲與乙

探討單一變因時,其他條件必須完全相同(控制變因)。甲與乙只有大理石的形態(塊狀 vs 粉狀,即接觸面積)不同,濃度與溫度皆相同,故選(A)。甲與丙差在濃度、乙與丁差在溫度、丙與丁同時有多個變因不同,皆不適合。

3.中等已知甲溶液的 pH 值為 3,乙溶液的 pH 值為 6。下列敘述何者正確?

測驗重點:pH 值與氫離子濃度

  1. (A) 甲的氫離子濃度是乙的 2 倍
  2. (B) 乙的氫離子濃度是甲的 1000 倍
  3. (C) 甲的氫離子濃度是乙的 1000 倍
  4. (D) 甲、乙皆為鹼性溶液
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正確答案:(C) 甲的氫離子濃度是乙的 1000 倍

pH 每相差 1,氫離子濃度相差 10 倍。甲(pH 3)與乙(pH 6)相差 3,故甲的氫離子濃度是乙的 10³=1000 倍,選(C)。pH 值愈小氫離子濃度愈高;兩者 pH 皆小於 7,都是酸性溶液。

4.進階將氫氧化鈉水溶液逐滴加入稀鹽酸中,在達到完全中和之前,溶液中哪一種離子的數目會逐漸減少?

測驗重點:中和反應離子變化

  1. (A) 鈉離子 Na⁺
  2. (B) 氯離子 Cl⁻
  3. (C) 氫離子 H⁺
  4. (D) 氫氧根離子 OH⁻
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正確答案:(C) 氫離子 H⁺

中和反應的本質是 H⁺+OH⁻→H₂O。滴入的 OH⁻ 不斷與原有的 H⁺ 結合成水,故 H⁺ 數目逐漸減少,選(C)。Na⁺ 隨滴入持續增加,Cl⁻ 是旁觀離子數目不變,OH⁻ 在完全中和前幾乎都被消耗、要到中和點之後才開始累積。