題組 5-7
瓶裝汽水是一種碳酸飲料，其製備是利用亨利定律的原理，將數值大氣壓力的 CO₂(g) 壓入含糖與調味料飲用水的玻璃瓶中後，再加以密封。依據亨利定律，低溶解度的氣體在溶劑中的溶解度(S)與液面上該氣體的分壓(p)成正比，其比例常數稱為亨利定律常數(kH)，關係式可表示如下： S=kH∞p 式中 S 與 p 的單位分別為糖檳莫耳濃度(M)與大氣壓(atm)，而 CO₂ 的 kH 與溫度的關係如附圖所示。
CO₂(g) 溶入水中生成 CO₂(aq) 後，小部分溶入水中的 CO₂(aq) 會與水反應形成 H₂CO₃(aq)，在 25 ℃ 時，其平衡反應式與平衡常數如下：
$$\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{H}_{2}\mathrm{CO}_{3}(\mathrm{aq}), K_{1} = \frac{[\mathrm{H}_{2}\mathrm{CO}_{3}(\mathrm{aq})]}{[\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{aq})]} = 1.6 \times 10^{-3}$$
而 H₂CO₃(aq) 在水中會解離成 H⁺(aq) 與 HCO₃⁻(aq)，其平衡反應式與平衡常數如下：
$$\mathrm{H}_{2}\mathrm{CO}_{3}(\mathrm{aq}) \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) + \mathrm{HCO}_{3}^{-}(\mathrm{aq}), K_{a} = 2.5 \times 10^{-4}$$
今有一未開罐的汽水瓶，於 25 ℃ 時，瓶內上方的 CO₂(g) 壓力為 2.5 atm，若其性質遵守亨利定律，試列出計算式，並求出下列數值。