酸碱反应是质子转移
2.12.1 节学过酸碱质子理论（Brønsted–Lowry）：给出质子（H⁺）的是酸，接受质子的是碱。AP 第 4 单元用这个理论分析每一个酸碱反应：
HCl 给出 H⁺，是酸；NH₃ 接受 H⁺，是碱。反应后，NH₄⁺ 能再给出 H⁺，是 NH₃ 的共轭酸conjugate acid；Cl⁻ 能接受 H⁺，是 HCl 的共轭碱conjugate base。所以这个反应中的两种碱是 NH₃ 和 Cl⁻，两种酸是 HCl 和 NH₄⁺。
共轭酸碱对只相差一个 H⁺：NH₃ 的共轭酸是 NH₄⁺；NH₂⁻ 的共轭酸是 NH₃。
两性物质
有的粒子既能给出 H⁺，又能接受 H⁺，叫两性物质amphiprotic substance：
- H₂O： 和 HCl 反应时接受 H⁺（碱），和 NH₃ 反应时给出 H⁺（酸）。
- HCO₃⁻： 和 OH⁻ 反应时给出 H⁺，生成 CO₃²⁻；和 H₃O⁺ 反应时接受 H⁺，生成 H₂CO₃。
- HC₂O₄⁻： 草酸 H₂C₂O₄ 分两步给出质子，中间的 HC₂O₄⁻ 既是第一步的共轭碱，又是第二步的酸：
点每种粒子，标出酸、碱、共轭酸、共轭碱：
弱酸在水中的粒子图
强酸（如 HCl）在水中几乎完全把质子交给水，溶液中是 H₃O⁺ 和 Cl⁻，没有 HCl 分子。弱酸（如 HF）只有很少一部分把质子交给水，溶液中绝大部分是 HF 分子，只有少量 H₃O⁺ 和 F⁻，而且这两种离子的个数相等。
HF 是弱酸。哪张图最能表示 HF 溶液中的溶质粒子？（省略了水分子）
弱酸只有一小部分电离：大部分是 HF 分子，少量 H₃O⁺ 和 F⁻ 个数相等。A 是完全电离（强酸）；C 的正负电荷不相等；D 一点也没有电离，也不对。
看 K 比较酸碱的强弱
两种弱酸争夺质子的反应可以写成：
平衡偏向较弱的酸和较弱的碱那一边。所以：
- K > 1： 平衡偏向右边，HA 是比 HB 更强的酸，B⁻ 是比 A⁻ 更强的碱。
- K < 1： 平衡偏向左边，HB 是更强的酸，A⁻ 是更强的碱。
例如 的 K = 3.7 × 10⁴（由两种酸的 Kₐ 相除得到），说明 CH₃COOH 的酸性比 HCN 强，CN⁻ 的碱性比 CH₃COO⁻ 强。又如 几乎完全向右进行，说明 CO₃²⁻ 是比 SO₄²⁻ 强得多的碱。
这里只做定性比较，pH 的计算在第 8 单元。选两种酸，看 K 和平衡的方向：
Kₐ（25 °C）取自 OpenStax《Chemistry 2e》附录 H。这里只做定性比较，pH 的计算见第 8 单元。
例题 1：两性的 HCO₃⁻
标出下面两个反应中的酸、碱、共轭酸和共轭碱：① ；② 。
-
识别：判断的标准。 按质子理论，给出 的是酸，接受 的是碱；一对共轭酸碱只相差一个 。对每个反应，看 从谁转移到谁。
-
反应 ①：找 的去向。 变成 ，失去一个 ； 变成 ，得到这个 ：
- 酸：；共轭碱：
- 碱：；共轭酸：
-
反应 ②：找 的去向。 变成 ，失去一个 ； 变成 ，得到这个 ：
- 酸：；共轭碱：
- 碱：；共轭酸：
-
比较 在两个反应中的角色。 在 ① 中给出 （酸），在 ② 中接受 （碱）： 是两性物质，扮演什么角色取决于和它反应的物质。
-
检查。 四对共轭酸碱（/、/、/、/）都只相差一个 ，电荷也只差 1。
例题 2：由 K 判断强弱
HF + CH₃COO⁻ ⇌ F⁻ + CH₃COOH 的 K = Kₐ(HF) ÷ Kₐ(CH₃COOH) = (6.4 × 10⁻⁴) ÷ (1.8 × 10⁻⁵) = 36。比较两种酸和两种碱的强弱。
-
识别：K 告诉我们什么。 先核对 K：
K > 1，平衡偏向右边（生成物一侧）。
-
比较两种酸。 质子转移反应的平衡偏向较弱的酸一侧。右边的酸是 ，左边的酸是 HF，所以 较弱，HF 是较强的酸（Kₐ 也更大）。
-
比较两种碱。 平衡同样偏向较弱的碱一侧。右边的碱是 ，左边的碱是 ，所以 较弱， 是较强的碱。
-
联系到规律。 酸越强，它的共轭碱越弱：
较强的酸和较强的碱（HF 和 ）在同一侧，平衡偏向另一侧。
- HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻ 中的 H₂O
H₂O 接受了 H⁺。
- NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ 中的 H₂O
H₂O 给出了 H⁺。
- NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ 中的 NH₄⁺
NH₄⁺ 是共轭酸，能给出 H⁺。
- NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻ 中的 OH⁻
OH⁻ 是 H₂O 的共轭碱。
- NH₃ + HCl → NH₄⁺ + Cl⁻ 中的 Cl⁻
Cl⁻ 是 HCl 的共轭碱。
- HCO₃⁻ + OH⁻ → CO₃²⁻ + H₂O 中的 HCO₃⁻
HCO₃⁻ 给出了 H⁺。
- HCO₃⁻ + H₃O⁺ → H₂CO₃ + H₂O 中的 HCO₃⁻
HCO₃⁻ 接受了 H⁺。
- CH₃COOH + CN⁻ ⇌ CH₃COO⁻ + HCN 中的 HCN
HCN 是 CN⁻ 的共轭酸。
- HC₂O₄⁻ + H₂O ⇌ C₂O₄²⁻ + H₃O⁺ 中的 HC₂O₄⁻
HC₂O₄⁻ 给出了 H⁺。
- NH₂⁻ + H₂O → NH₃ + OH⁻ 中的 NH₂⁻
NH₂⁻ 接受 H⁺，生成它的共轭酸 NH₃。
常见误区
误区 1：“强酸的共轭碱也是强碱。” 正好相反：酸越强，越容易给出 H⁺，它的共轭碱就越不容易接受 H⁺，是很弱的碱。HCl 的共轭碱 Cl⁻ 几乎没有碱性。
误区 2：“水只是溶剂，不参加酸碱反应。” 水是两性物质：和 HCl 反应时作碱，和 NH₃ 反应时作酸。
误区 3：“K > 1 说明反应物中的酸比较弱，所以容易反应。” K > 1 说明平衡偏向生成物一边，也就是偏向较弱的酸和较弱的碱：反应物中的酸更强。
即时小测
NH₃ + HCl → NH₄⁺ + Cl⁻ 中，作为碱的两种粒子是？
NH₃ 接受 H⁺；Cl⁻ 是 HCl 的共轭碱，也能接受 H⁺。B、C 中的两种粒子是共轭酸碱对，一个是酸，一个是碱。
NH₂⁻ 的共轭酸是？
共轭酸比原来的碱多一个 H⁺：NH₂⁻ + H⁺ → NH₃。
HF + CN⁻ ⇌ F⁻ + HCN 的 K 约为 1.3 × 10⁶。下列说法正确的是？
K > 1，平衡偏向较弱的酸 HCN 和较弱的碱 F⁻。所以 HF 是较强的酸，CN⁻ 是较强的碱。
HClO + CH₃COO⁻ ⇌ ClO⁻ + CH₃COOH 的 K < 1。由此可知？
K < 1，平衡偏向左边，即较弱的酸 HClO 和较弱的碱 CH₃COO⁻ 一边。所以 CH₃COOH 是较强的酸，ClO⁻ 是较强的碱。
下列哪种粒子是两性物质？
HCO₃⁻ 既能给出 H⁺（生成 CO₃²⁻），又能接受 H⁺（生成 H₂CO₃）。Cl⁻、CO₃²⁻ 只能接受 H⁺；NH₄⁺ 只能给出 H⁺。
反应 HSO₄⁻ + CO₃²⁻ → SO₄²⁻ + HCO₃⁻ 几乎完全向右进行。在 CO₃²⁻、SO₄²⁻、HCO₃⁻、HSO₄⁻ 中，最强的碱是？
平衡偏向较弱的碱 SO₄²⁻，所以 CO₃²⁻ 是比 SO₄²⁻ 强的碱；CO₃²⁻ 的共轭酸 HCO₃⁻ 碱性更弱；HSO₄⁻ 在这里是酸。
AP 自由作答题
草酸（H₂C₂O₄）是二元弱酸。
(a) 写出草酸分两步把质子交给水的方程式，标出每一步中的共轭酸碱对。
(b) 在 H₂C₂O₄、HC₂O₄⁻、C₂O₄²⁻ 中，哪一种是两性物质？说明理由。
(c) 实验测得 HC₂O₄⁻ + CH₃COO⁻ ⇌ C₂O₄²⁻ + CH₃COOH 的 K > 1。比较 HC₂O₄⁻ 和 CH₃COOH 的酸性，以及 CH₃COO⁻ 和 C₂O₄²⁻ 的碱性。
(d) 向 NaHC₂O₄ 溶液中加入 NaOH 溶液，写出反应的净离子方程式，指出其中的酸和碱。
参考答案与评分要点
(a) 第一步：，共轭酸碱对为 H₂C₂O₄/HC₂O₄⁻ 和 H₃O⁺/H₂O。第二步：，共轭酸碱对为 HC₂O₄⁻/C₂O₄²⁻ 和 H₃O⁺/H₂O。
(b) HC₂O₄⁻。它能给出 H⁺ 变成 C₂O₄²⁻（作酸），也能接受 H⁺ 变成 H₂C₂O₄（作碱）。
(c) K > 1，平衡偏向较弱的酸 CH₃COOH 和较弱的碱 C₂O₄²⁻。所以 HC₂O₄⁻ 的酸性比 CH₃COOH 强，CH₃COO⁻ 的碱性比 C₂O₄²⁻ 强。
(d) 。HC₂O₄⁻ 是酸，OH⁻ 是碱。
评分要点： (a) 两步方程式和共轭酸碱对；(b) HC₂O₄⁻，给出两个方向的理由；(c) 酸、碱的比较各 1 分；(d) 净离子方程式（Na⁺ 不出现），酸和碱。
小结
- 酸碱反应是质子转移：酸给出 H⁺，碱接受 H⁺；共轭酸碱对相差一个 H⁺。
- 两性物质（H₂O、HCO₃⁻、HC₂O₄⁻）既能作酸又能作碱。
- 弱酸溶液中大部分是酸分子，只有少量 H₃O⁺ 和共轭碱；强酸几乎完全电离。
- 平衡偏向较弱的酸和较弱的碱：K > 1 时反应物中的酸和碱更强，K < 1 时生成物中的更强。
AP 提示： 由 K 比较强弱时，先写出“平衡偏向哪一边”，再说“那一边是较弱的酸和较弱的碱”。理由要提到质子转移的方向，不要只说“K 大所以强”。