# 质子转移反应（酸与碱）

> 化学 · IB
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-sl-u6-proton-transfer-reactions/

我们将为IB SL化学讲解布朗斯特-劳里定义、共轭对、配平的质子转移方程式以及常见反应实例。

**先修:** [基础化学方程式配平](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-sl-u1-chemical-equations/); [离子形成与离子电荷规则](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-sl-u2-ionic-bonding/)

## 学习目标

- 将布朗斯特-劳里酸和碱定义为质子供体和质子受体
- 识别质子转移反应中的共轭酸碱对
- 写出质子转移过程的配平半反应方程式
- 将常见实验室化合物分类为布朗斯特-劳里酸或碱

## 布朗斯特-劳里酸碱定义

酸碱化学的布朗斯特-劳里模型完全聚焦于两个物种之间单个质子（H⁺离子）的转移，而非仅适用于水溶液的早期阿伦尼乌斯定义。该模型适用于所有溶剂体系，包括非水反应。

**布朗斯特-劳里酸** — 质子供体，反应过程中释放一个H⁺离子

*记法:* HA

*例:* 盐酸HCl、乙酸CH₃COOH

**布朗斯特-劳里碱** — 质子受体，利用孤对电子结合进入的H⁺

*记法:* B

*例:* 氨NH₃、氢氧根离子OH⁻

**例题:** 将下列物种分类为布朗斯特-劳里酸、碱或两者皆是：H₂O、HNO₃、NH₂⁻

1. 步骤1：检查该物种是否可以给出H⁺
2. $$HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-$$
3. HNO₃只能给出质子，因此它是布朗斯特-劳里酸。
4. 步骤2：检查该物种是否可以接受H⁺
5. $$NH_2^- + H^+ \rightarrow NH_3$$
6. NH₂⁻只能接受质子，因此它是布朗斯特-劳里碱。
7. 步骤3：H₂O既可以给出质子也可以接受质子，因此它是两性物质，根据反应伙伴的不同可作为酸或碱。

> **info**
>
> 两性物种既可以作为酸也可以作为碱，你在IB SL考题中遇到的最常见例子是水。

**考试命令词**

本主题的IB考试指令词有特定的作答要求：

- **Identify** — 只需写出酸/碱的名称，无需给出解释

- **Classify** — 说明该物种是质子供体还是质子受体以支撑你的答案

## 共轭酸碱对

当酸给出一个质子时，剩余的物种是其共轭碱，该共轭碱可以接受一个质子重新生成原来的酸。当碱接受一个质子时，生成的物种是其共轭酸，该共轭酸可以给出一个质子重新生成原来的碱。一对中的两个物种仅相差一个H⁺单元。

$$HA + B \rightleftharpoons A^- + HB^+$$

**例题:** 找出乙酸与水反应中的所有共轭酸碱对：CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺

1. 步骤1：找到左侧失去H⁺的物种
2. CH₃COOH失去一个H⁺变为CH₃COO⁻，因此这是酸→共轭碱对。
3. 步骤2：找到左侧得到H⁺的物种
4. H₂O得到一个H⁺变为H₃O⁺，因此这是碱→共轭酸对。
5. 步骤3：确认每对仅相差一个H⁺，没有其他原子或电荷变化。

**概念自测**

测试你的理解：

1. 以下哪一组是有效的共轭对？

   - H₂O和OH⁻
   - HCl和H₂O
   - NH₃和O²⁻
   - CH₃COOH和H₂SO₄

   *解析:* H₂O给出一个质子形成OH⁻，因此它们仅相差一个H⁺。

## 书写配平的质子转移方程式

所有质子转移反应的方程式两侧原子总数和总电荷都必须配平。反应物侧的总电荷必须等于产物侧的总电荷，因为质子转移过程中没有电子的得失。

**推导:** 推导盐酸与氨反应的完整配平方程式

*起点:* 半反应1：HCl给出一个质子

1. $$HCl \rightarrow H^+ + Cl^-$$
2. 半反应2：NH₃接受该质子
3. $$NH_3 + H^+ \rightarrow NH_4^+$$
4. 将两个半反应相加，消去两侧的游离H⁺项

*结论:* 完整配平方程式：$HCl + NH_3 \rightarrow NH_4^+ + Cl^-$

> **tip**
>
> 如果你不确定共轭物种的电荷，可以计算两侧的总电荷确认二者相等。

## 常见质子转移反应实例

IB SL化学考题几乎只使用一小部分常见的质子转移反应，包括强酸与强碱的中和反应、弱酸与碳酸盐的反应，以及弱碱的水相解离反应。

| 反应类型 | 示例方程式 | 酸 | 碱 |
| --- | --- | --- | --- |
| 强酸 + 强碱 | $HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$ | HCl | OH⁻ |
| 弱酸 + 碳酸盐 | $2CH_3COOH + Na_2CO_3 \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O + CO_2$ | CH₃COOH | CO₃²⁻ |
| 氨溶于水 | $NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$ | H₂O | NH₃ |

## 常见错误

- **错误做法:** 认为H₂O永远是酸或永远是碱
  - 原因: 水是两性物质，它的作用完全取决于另一个反应伙伴
  - 正确做法: 检查在给定的特定反应中，水是失去H⁺（作为酸）还是得到H⁺（作为碱）
- **错误做法:** 将相差超过一个H⁺的物种算作共轭对
  - 原因: 共轭对必须恰好相差一个质子，不多也不少
  - 正确做法: 统计两个物种之间的H原子数和电荷差，确认它们仅相差一个H⁺
- **错误做法:** 忘记配平质子转移方程式两侧的总电荷
  - 原因: 电荷不配平在IB P2考题中会直接扣分
  - 正确做法: 最终确定方程式之前，将反应物侧和产物侧的所有电荷相加，确认二者相等
- **错误做法:** 使用阿伦尼乌斯定义在非水反应中分类碱
  - 原因: 阿伦尼乌斯碱仅在水中生成OH⁻，不适用于其他溶剂中的反应
  - 正确做法: 所有IB SL酸碱分类题都应始终使用布朗斯特-劳里的质子供体/受体定义
- **错误做法:** 将强酸的共轭碱分类为强碱
  - 原因: 强酸的共轭碱是极弱的、几乎呈中性的物种
  - 正确做法: 记住：强酸→极弱的共轭碱，弱酸→更强的共轭碱

## 速查表

| 术语 | 定义 | 核心规则 |
| --- | --- | --- |
| 布朗斯特-劳里酸 | 质子供体 | 失去1个H⁺ |
| 布朗斯特-劳里碱 | 质子受体 | 得到1个H⁺ |
| 共轭对 | 两个物种相差1个H⁺ | 碱与其共轭酸的电荷差为+1 |
| 两性物质 | 可以给出或接受H⁺ | 最常见的例子是H₂O |

## 下一步

在掌握了布朗斯特-劳里酸碱的核心质子转移模型之后，你就可以开始探索强酸和弱酸的性质，包括pH计算、解离常数以及中和反应的化学计量。这些概念在Paper 1选择题和Paper 2结构化问答题中占很高分值，并且直接建立在你本指南中练习的共轭对识别技能之上。先掌握质子转移会让后续所有酸碱主题的学习变得容易得多，也能帮助你避免考试中失分的常见错误。

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