✔ 最佳答案
初學化學時, 會學到金屬與酸的反應, 是不可逆的:
Zn + 2H(+) ------> Zn(2+) + H2
因此我們會覺得, 只要水中有氫離子, 就會與金屬(鋅) 反應, "不死不休".
不過, 這其實是簡化後的特例; 基本上, 所有化學反應理論上都是可逆的:
Zn + 2H(+) <======> Zn(2+) + H2
當氫離子的濃度下降至某一程度, 反應就不會繼續進行了; 溶液中有鋅, 有氫離子, 有鋅離子, 氫氣則散逸了. 如果把整個系統封閉起來, 氫氣不能散逸, 這就形成了所謂的"平衡狀態".
其實msher 同學自己也察覺到問題的焦點: "氫離子...用... 剩下很少很少更少一些". 更少一些, 那會是多少?
每一個可逆反應, 都有一個(或幾個, 視乎定義) 平衡常數, 這個常數說明了反應的平衡狀態中, 每種反應物的濃度. 簡單來說, 設反應 A + 2B <====> 3C ,
平衡常數, Kc = [C]^3 / [A][B]^2
[ ] 內的是該物質在達至理論上平衡狀態時的濃度; 生成物作分數中的分子, 反應物作分母; 相應的系數成了該濃度的次方.
以這個反應為例, Kc = [Zn(2+)] / [H(+)]^2
固體不算濃度, 氣體散逸而不算濃度.
Kc 值越大, 代表反應更傾向趨於生成物的一方; 相反, 就是傾向反應物的一方, 少生成產物.
鋅與酸的反應的平衡常數很大, 大得在平時不會注意到其逆反應, 也不會看見在鋅殘留.
在反應開始時, 溶液中幾乎沒有鋅離子, 而氫離子濃度很高. 反應混合物遠未達至反應的平衡常數, 故反應繼續進行.
不過, 隨著反應進行, 可以看見, 氫離子濃度會下降, 而鋅離子濃度上升; 到達某一程度後, 反應最終會達至平衡狀態, 相應化合物濃度的乘積正好等於Kc 值. 反應完結.
究竟鋅與酸的反應常數有多大?
根據一些計算, 此反應的理論Kc 值是5.87x10^25
(作個比較, 乙酸和乙醇反應生成乙酸乙酯和水
CH3COOH + CH3CH2OH <======> CH3COOCH2CH3 + H2O
Kc 值僅是13.7)
至於平衡狀態下的pH 值嘛...
先把 (5.87x10^25)y^2 - (1.17E26 - 0.5)y + 5.87x10^25 = 0 給解掉, 取y<1 的解,
再將y值取對數(log), 打個負號就是了. 我認為這樣的pH 會高於7.
可惜這樣的算式, 我解不掉.
以上是經簡化的理論上的算法, 實際上還有其他考慮的因素.
此外, 還有一個重要的考量: 反應速率.
反應物濃度越低, 反應就越慢, 於是要更長時間才能達到平衡狀態;
但越是接近平衡狀態, 反應物濃度越低, 反應就更慢, 需要更更長時間....
理論上, 要達至任何反應的平衡狀態, 都是要無限長的時間.
不過, 我們是以甚麼條件去判斷, 某個反應是否已經"完成"了呢?
以這反應為例, 如果我們看見氫氣已經"停止"產生, 那我們會判斷反應已經"完成".
實際上, 反應依然持續進行, 但氫氣生成的速度已經低得肉眼注意不了 -- 可能在當下會見到沒有氣泡生成了, 但把燒杯擱著兩天, 會發覺還是有幾個小氣泡黏在鋅粉上.
.... 好複雜. 壞消息是, 以上只是簡化版本....
說了這麼多(可能已經包含了兩三個課題的內容), 結論是:
酸鹼值確有可能持續升高, 但觀察不了.
視乎你的需要, 合理地選擇一個反應終點, 例如沒有生成氣泡後再等5分鐘, 量度pH值, 這就是你的結論了.
理論與實際, 總有一段距離..
2011-04-13 20:39:18 補充：
當然, 如果"無節操地" 進行簡化, 那答案就是"酸性不夠強, 不夠與鋅反應".
2011-04-14 22:44:57 補充：
你對, 我應該也沒錯. 問題在於上面的只考慮到一個反應.
哥哥 同學提出了一個重點: 鋅離子會水解, 生成酸性溶液:
Zn(2+) + 2H2O <====> Zn(OH)2 + 2H(+)
鋅離子不是無限生成的, 即使在中性環境下仍會水解, 使溶液維持微酸性.
考慮到這個反應, 根據一些粗略計算, 飽和鋅離子溶液, pH大概在5.5 .
最主要還是考慮生成物會否帶酸/鹼性, 還是中性.
