酸 和 碱 化 学 反 应 酸 和 碱 第 一 章 : 酸 什 么 是 酸? 酸 这 个 词 来 自 于 拉 丁 单 词, 意 思 是 酸 的, 我 们 在 每 天 的 生 活 中 都 会 遇 到 许 多 酸 醋 ( 字 面 意 思 是 酸 酒 ) 是 一 种 乙 酸 的 稀 释 溶 液 酸 橙 柠 檬 和 柑 橘 含 有 柠 檬 酸, 茶 含 有 单 宁 酸, 维 生 素 C 是 抗 坏 血 酸, 而 雨 水 和 起 泡 饮 料 含 有 碳 酸 蛋 白 质 是 由 氨 基 酸 的 长 链 构 成 的, 甚 至 DNA 分 子 本 身 也 是 一 种 酸 ( 脱 氧 核 糖 核 酸 ) 图 表 01: 什 么 让 酸 具 有 酸 性? 酸 分 子 都 含 有 氢 原 子, 当 它 们 溶 解 在 水 中, 酸 分 子 分 裂 或 者 游 离, 产 生 含 有 氢 离 子 的 水 溶 液 和 一 个 阴 离 子 一 个 好 的 例 子 就 是 盐 酸, 它 完 全 分 裂 成 氢 离 子 和 氯 化 物 离 子 : HCl(aq) H + (aq) + Cl - (aq) 正 是 这 些 氢 离 子 给 了 酸 它 们 的 典 型 特 质, 包 括 : 它 们 的 酸 味 使 蓝 色 石 蕊 试 纸 变 红 使 通 用 指 示 剂 变 成 红 色 橘 色 或 者 黄 色 PH 值 小 于 7.00 和 镁 金 属 反 应, 产 生 氢 气 : 碳 酸 钠 + 盐 酸 二 氧 化 碳 + 水 + 氯 化 钠 Na CO 3 (s)+hcl(aq) CO (g) +H O(l)+NaCl(aq) 练 习 题 - 问 题 1 和 碳 酸 钠 发 硬, 产 生 二 氧 化 碳 气 体 : 镁 + 盐 酸 氢 + 氯 化 镁 Mg(s)+HCl(aq) H (g)+mg Cl(aq) - 洞 穴 中 的 晶 体 一 种 酸 会 使 通 用 指 示 剂 变 成 红 色 橘 色 或 者 黄 色 1
什 么 是 指 示 剂 以 及 什 么 是 酸 碱 度 指 标? 指 示 剂 是 会 在 酸 和 碱 金 属 中 变 色 的 物 质 在 化 学 的 早 期, 植 物 染 料 例 如 石 蕊 ( 由 一 种 青 苔 制 造 ) 被 当 作 指 示 剂 使 用 石 蕊 在 酸 中 呈 红 色 在 碱 金 属 中 呈 蓝 色 红 球 甘 蓝 也 能 被 用 来 制 成 一 种 非 常 好 的 指 示 剂, 但 植 物 染 料 的 问 题 在 于 与 空 气 和 阳 光 接 触 后 它 们 就 会 倾 向 于 退 化 之 后, 更 稳 定 的 合 成 指 示 剂 例 如 酚 酞 和 甲 基 桔 被 发 现 了 通 用 指 示 剂 是 一 种 染 料 的 混 合 剂, 有 一 系 列 不 同 的 颜 色 让 我 们 能 从 那 些 弱 酸 中 分 辨 出 强 酸 溶 液, 以 及 从 弱 的 碱 金 属 中 分 辨 出 强 的 碱 金 属 溶 液 指 示 剂 在 酸 性 溶 液 中 的 颜 色 在 中 立 溶 液 中 的 颜 色 在 碱 性 溶 液 中 的 颜 色 石 蕊 红 色 紫 色 蓝 色 甲 基 桔 粉 色 橘 色 黄 色 酚 酞 无 色 无 色 粉 色 通 用 指 示 剂 红 色 / 橘 色 / 黄 色 绿 色 蓝 色 / 紫 色 酸 碱 度 指 标 通 常 从 1 到 14, 尽 管 酸 碱 值 在 这 些 限 定 之 外 也 是 可 能 的 酸 碱 度 是 氢 离 子 浓 度 的 一 种 量 度 标 准 : 低 酸 碱 值 意 味 着 氢 离 子 的 浓 度 高 ; 高 酸 碱 值 意 味 着 氢 离 子 的 浓 度 低 任 何 酸 碱 度 低 于 7.00 的 溶 液 将 会 是 酸 性 的, 高 于 7.00 的 溶 液 将 会 是 碱 性 的, 而 酸 碱 度 刚 好 是 7.00 的 溶 液 ( 例 如 纯 净 水 ) 将 会 是 中 性 的 我 们 将 酸 碱 度 低 得 酸 溶 液 称 为 强 酸 强 酸 百 分 之 百 离 解 于 使 溶 液 中 : 所 有 的 酸 分 子 被 分 开 以 产 生 氢 离 子 一 个 强 酸 的 好 例 子 是 硝 酸, 硝 酸 完 全 分 裂 成 氢 离 子 和 硝 酸 盐 离 子 HNO (aq) H + (aq)+no - (aq) 3 3 弱 酸 的 酸 碱 度 更 高, 通 常 在 3 和 6 之 间 这 是 因 为 尽 管 少 许 酸 分 子 分 裂 成 了 离 子, 大 多 数 酸 分 子 并 没 有 分 裂, 因 此 氢 离 子 的 浓 度 非 常 低 弱 酸 只 轻 微 离 解 于 稀 溶 液 中 例 如 乙 酸 离 解 成 氢 离 子 和 乙 酸 离 子, 使 之 平 衡 硝 酸 溶 液 和 其 它 的 强 酸 典 型 地 有 低 酸 碱 值, 低 于 3.0 而 且 接 近 0 CH COOH(aq) H + (aq) + CH COO - (aq) 3 3 高 浓 度 强 酸 例 如 浓 缩 的 硫 酸 非 常 危 险 浓 缩 的 硫 酸 是 一 种 粘 性 的 稠 密 的 液 体, 溅 落 到 皮 肤 上 具 有 很 高 的 腐 蚀 性 处 理 的 时 候 应 该 始 终 小 心 翼 翼, 穿 适 当 的 安 全 服, 做 好 眼 睛 的 保 护 然 而, 不 是 所 有 酸 都 像 硫 酸 一 样 危 险 危 险 的 本 性 取 决 于 三 个 主 要 因 素 : 酸 与 人 类 组 织 相 互 作 用 的 方 式 是 强 酸 还 是 弱 酸 这 取 决 于 酸 的 化 学 天 性 : 我 们 不 能 改 变 酸 的 本 质 酸 有 多 稠 密 或 者 有 多 稀 我 们 可 以 决 定 在 一 定 体 积 的 水 里 溶 解 多 少 酸
图 表 0: 因 此, 弱 酸 未 必 就 比 强 酸 更 安 全, 因 为 它 们 的 化 学 天 性 和 浓 度 也 会 影 响 它 们 的 腐 蚀 程 度 氢 氟 酸 HF 是 一 种 弱 酸 但 是 腐 蚀 性 很 高, 因 为 它 腐 蚀 人 类 的 肉 体 并 且 能 引 起 严 重 的 伤 害, 尽 管 从 技 术 上 讲 它 属 于 弱 酸 我 们 自 己 的 身 体 在 胃 里 包 含 盐 酸, 它 的 酸 碱 度 在 1 和 之 间 我 们 也 添 加 柠 檬 汁 和 醋 到 食 物 中, 还 喝 桔 子 汁, 所 有 这 些 都 是 酸 性 的 区 别 在 于 它 们 的 酸 碱 度 : 我 们 消 耗 的 食 物 和 饮 料 的 酸 碱 度 相 对 较 高, 因 此, 我 们 可 以 将 它 们 安 全 地 放 进 我 们 的 身 体 里 然 而, 如 果 我 们 吃 了 太 多 的 酸 性 食 物, 我 们 会 肚 子 痛 而 且 消 化 不 良, 因 为 胃 受 到 含 有 太 低 酸 碱 值 的 东 西 刺 激 而 感 到 不 适 练 习 题 - 问 题 - 数 据 档 案 :PH 值 拓 展 问 题 问 题 1. 强 酸 和 浓 缩 的 酸 之 间 有 什 么 差 别? 强 酸 百 分 之 百 离 解 成 氢 离 子, 例 如 盐 酸 浓 缩 的 酸 有 大 量 的 酸 溶 解 在 在 小 量 的 水 中, 例 如 浓 盐 酸 和 浓 硫 酸 问 题 二. 处 理 弱 酸 不 戴 手 套 安 全 吗? 未 必 这 取 决 于 酸 的 本 质 以 及 酸 的 浓 度 氢 氟 酸 HF 虽 然 是 一 种 弱 酸 但 腐 蚀 性 很 强 浓 缩 的 蚁 酸 是 一 种 弱 酸 但 腐 蚀 性 也 很 强, 当 用 它 来 移 除 花 洒 上 的 水 垢 时, 必 须 使 用 手 套 和 眼 睛 保 护 措 施 第 二 章 : 碱 什 么 是 碱? 碱 就 是 中 和 酸 的 物 质 有 三 种 主 要 的 碱 : 金 属 氧 化 物 金 属 氢 氧 化 物 和 金 属 碳 酸 盐 当 它 们 和 酸 反 应, 它 们 产 生 一 种 金 属 盐 : 金 属 氧 化 物 + 酸 金 属 盐 + 水 金 属 氢 氧 化 物 + 酸 金 属 盐 + 水 金 属 碳 酸 盐 + 酸 金 属 盐 + 水 + 二 氧 化 碳 练 习 题 - 问 题 三 在 第 三 章 看 这 些 反 应 的 例 子 3
什 么 是 碱 性? 没 有 简 单 的 化 学 测 试 可 以 用 在 所 有 的 碱 中, 因 为 有 些 碱 不 溶 于 水 ( 氧 化 高 铁 氧 化 亚 铜 ) 而 有 些 碱 溶 于 水 可 溶 解 的 碱 被 称 为 碱 金 属 第 一 组 元 素 ( 碱 金 属 ) 的 氢 氧 化 物 都 是 强 碱 金 属 ; 第 二 组 元 素 ( 碱 土 金 属 ) 的 氢 氧 化 物 也 是 碱 金 属, 但 更 弱 一 点 碱 金 属 有 以 下 特 性 : 使 红 色 石 蕊 变 蓝 使 通 用 指 示 剂 变 成 蓝 色 或 紫 色 酸 碱 值 大 于 7 有 苦 味 在 皮 肤 上 感 觉 滑 腻 腻 的 图 表 03: 强 碱 金 属 百 分 之 百 离 解 于 稀 溶 液 中, 产 生 阳 离 子 和 氢 氧 离 子, 例 如 : 氢 氧 化 钠 钠 离 子 + 氢 氧 离 子 NaOH(aq) Na + (aq)+ OH - (aq) 强 碱 金 属 有 非 常 高 的 酸 碱 值, 接 近 14 当 接 触 到 皮 肤 时, 强 浓 缩 的 碱 金 属 具 有 很 强 的 腐 蚀 性, 必 须 至 少 像 处 理 强 浓 缩 的 酸 一 样 仔 细, 因 此 有 腐 蚀 性 碳 酸 水 和 腐 蚀 性 碳 酸 钾 这 些 术 语 腐 蚀 性 意 味 着 极 严 重 的 为 什 么 碱 金 属 被 用 来 清 洁? 碱 金 属 被 用 来 清 洁 是 因 为 它 们 能 够 分 解 脂 肪 和 油 渍 中 的 分 子 这 产 生 了 一 种 乳 状 液, 能 让 油 被 洗 干 净 脂 肪 和 油 渍 是 甘 油 三 酸 酯, 以 甘 油 三 酸 酯 为 人 们 所 知 碱 金 属 和 甘 油 三 酸 酯 起 反 应, 产 生 钠 或 钾 盐 和 甘 油 : 氢 氧 化 钠 + [ 植 物 油 ] 甘 油 三 酸 酯 钠 盐 + 甘 油 - 树 叶 为 什 么 会 改 变 颜 色? 碱 金 属 被 用 于 洗 涤 用 品 中 钠 盐 可 溶 于 水, 而 且 也 充 当 乳 化 剂, 因 此 能 够 清 洁 脂 肪 和 油 渍 肥 皂 是 通 过 这 个 和 植 物 油 的 反 应 产 生 的 含 有 钠 和 钾 的 盐 4
第 三 章 : 中 和 作 用 和 盐 什 么 是 盐? 盐 是 当 碱 中 和 酸 时 产 生 的 一 种 化 合 物 生 成 的 盐 的 种 类 取 决 于 酸 : 酸 氯 化 氢 的 硫 磺 的 硝 酸 的 蚁 酸 的 乙 酸 的 含 碳 的 生 成 的 盐 的 种 类 氯 化 物 硫 酸 盐 硝 酸 盐 蚁 酸 盐 乙 酸 盐 碳 酸 盐 金 属 氧 化 物 + 酸 金 属 盐 + 水 铜 的 氧 化 物 + 硫 酸 硫 酸 铜 + 水 CuO(s) + H SO (aq) CuSO (aq) + H O(l) 4 4 第 一 部 分 盐 的 名 字 来 自 于 碱 ; 第 二 部 分 来 自 于 酸 金 属 氢 氧 化 物 + 酸 金 属 盐 + 盐 氢 氧 化 钠 + 盐 酸 氯 化 钠 + 水 NaOH(aq)+ HCl(aq) NaCl(aq) + H O(l) 金 属 碳 酸 盐 + 酸 金 属 盐 + 水 + 二 氧 化 碳 碳 酸 铜 + 硫 酸 硫 酸 铜 + 水 + 二 氧 化 碳 CuCO(s) 3 + H SO 4 (aq) CuSO 4 (aq) + H O(l) +CO (g) 盐 在 稀 溶 液 中 总 是 百 分 之 百 地 离 解 成 离 子, 例 如, 氯 化 钠 溶 液 全 部 由 钠 离 子 和 氯 化 物 离 子 组 成 并 没 有 什 么 氯 化 钠 分 子 : NaCl(aq) Na + (aq) +Cl - (aq) - 第 一 种 合 成 色 素 练 习 题 - 问 题 4 5
什 么 是 中 和 作 用? 中 合 作 用 是 一 种 化 学 反 应, 在 这 个 反 应 中, 酸 和 碱 起 反 应, 当 氢 氧 化 钠 使 盐 酸 中 和 时 : (I) 氢 氧 化 钠 + 盐 酸 氯 化 钠 + 水 NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H O(l) 由 于 氢 氧 化 钠 是 一 种 强 碱 金 属, 它 百 分 之 百 离 解 : 盐 酸 被 百 分 之 百 离 解 : NaOH(aq) Na + (aq) + OH - (aq) 氯 化 钠 也 被 百 分 之 百 离 解 : HCl(aq) NaCl(aq) H + (aq) + Cl - (aq) Na + (aq) + Cl - (aq) 如 果 我 们 将 所 有 这 些 离 子 代 入 方 程 式 (I) 中, 我 们 会 得 到 (II) Na + (aq)+oh - (aq) + H + (aq) + Cl - (aq) Na + (aq) + Cl - (aq) + H O(l) 钠 离 子 和 氯 化 物 离 子 从 方 程 式 的 两 边 约 去 了, 因 为 实 际 上 它 们 与 这 个 反 应 不 相 关 : 我 们 说 它 们 是 旁 观 离 子 这 让 整 个 方 程 式 处 于 中 和 状 态 : (III) OH - (aq) + H + (aq) H O(l) 方 程 式 (III) 表 明 中 和 反 应 伴 随 着 一 个 氢 离 子 和 一 个 氢 氧 离 子 起 反 应 产 生 一 个 水 分 子 中 和 反 应 总 是 放 热 的, 因 为 当 水 分 子 从 氢 氧 离 子 和 氢 离 子 中 形 成 时, 一 个 新 的 O-H 共 价 键 正 在 生 成 纯 净 水 也 能 分 裂 成 氢 离 子 和 氢 氧 离 子 到 一 个 非 常 小 的 程 度 : (IV) H O(l) OH - (aq) + H + (aq) 不 含 酒 精 的 饮 料 含 有 碳 酸 这 被 称 为 水 的 自 我 电 离 方 程 式 (IV) 告 诉 我 们 在 水 中 氢 离 子 和 氢 氧 离 子 的 数 量 必 须 是 相 等 的, 这 也 是 纯 净 水 的 酸 碱 值 是 中 性 的 7.00 的 原 因 6
中 和 作 用 什 么 时 候 是 一 个 有 用 的 反 应? 中 和 作 用 有 许 多 实 际 应 用 如 果 我 们 因 为 胃 酸 浓 度 太 高 而 导 致 胃 酸 过 多 消 化 不 良, 我 们 可 以 吃 一 种 抗 酸 剂, 它 是 一 种 碱 用 来 中 和 酸 常 用 的 抗 酸 剂 是 : 碳 酸 钙 钠 碳 酸 氢 盐 ( 重 碳 酸 盐 苏 打 ) 氢 氧 化 镁 氢 氧 化 铝 和 碳 酸 镁 对 于 农 作 物 的 生 长 而 言, 土 壤 的 酸 碱 值 至 关 重 要 如 果 土 地 被 耕 作 地 很 密 集, 土 壤 会 变 得 更 有 酸 性 ( 它 的 酸 碱 值 下 降 ) 而 且 农 作 物 的 产 量 会 减 少 因 为 植 物 不 能 吸 取 营 养, 例 如 氮 和 磷 的 化 合 物, 如 果 酸 碱 值 太 低, 农 民 添 加 碱 性 氢 化 钙 ( 熟 石 灰 ) 到 土 壤 中, 使 其 中 和 土 壤 中 的 酸 性 这 能 让 土 壤 的 酸 碱 值 上 升 到 一 个 农 作 物 可 以 吸 收 这 些 重 要 营 养 的 水 平 酸 也 能 通 过 嘴 巴 内 细 菌 的 活 动 产 生, 分 解 含 糖 食 物 产 生 的 酸 可 以 溶 解 牙 釉 质 并 且 引 发 蛀 牙 牙 膏 是 碱 性 的, 因 此 中 和 了 酸 减 缓 了 对 牙 釉 质 的 攻 击 推 荐 活 动 让 学 生 去 调 查 4 种 或 5 种 商 业 抗 酸 剂, 并 弄 清 楚 它 们 包 含 什 么 化 学 制 品 识 别 每 一 种 抗 酸 剂 里 的 碱 抗 酸 剂 可 以 被 用 来 中 和 胃 酸 拓 展 问 题 问 题 3. 使 用 碳 酸 钙 作 为 一 种 抗 酸 剂 会 引 起 什 么 问 题? 在 反 应 期 间 产 生 的 二 氧 化 碳 气 体 或 许 会 引 起 胃 部 不 适 7
练 习 问 题 1. 将 下 列 物 质 分 类 成 酸 和 碱 金 属 : 牙 膏 发 酵 粉 醋 牛 奶 人 血 唾 液 番 茄 汁 柠 檬 水 肥 皂 清 洁 剂 纯 净 水 漂 白 剂 酸 : 碱 金 属 : 问 题. 将 下 列 物 质 以 酸 性 递 减 的 顺 序 排 列, 从 酸 性 最 强 的 开 始 : 人 血 7.4 醋 3.0 牛 奶 6.6 番 茄 汁 4.5 纯 净 水 7.0 漂 白 剂 1.0, 酒 4.0, 牙 膏 9.0 烤 箱 清 洁 剂 13.0 柠 檬 汁.0 窗 户 清 洁 剂 10.0 酸 性 最 强 碱 性 最 强 问 题 3. 下 面 哪 种 物 质 不 是 碱? 为 什 么? NaCl, KOH, CCl 4, Mg(OH), BaO, Na CO 3, CuO, HCl, CuCO 3 问 题 4. 完 成 并 且 ( 如 果 有 必 要 ) 平 衡 这 些 文 字 和 符 号 方 程 式 来 表 示 中 和 反 应 : (a) 氧 化 镁 + 硫 酸 MgO(s) + H SO (aq) 4 (b) 氢 化 钙 + 盐 酸 Ca(OH) (aq) + HCI(aq) (c) 碳 酸 钠 + 硝 酸 Na CO (s) + HNO (aq) 3 3 8
练 习 答 案 问 题 1. 将 下 列 物 质 分 类 成 酸 和 碱 金 属 : 牙 膏 发 酵 粉 醋 牛 奶 人 血 唾 液 番 茄 汁 柠 檬 水 肥 皂 清 洁 剂 纯 净 水 漂 白 剂 酸 : 醋 牛 奶 番 茄 汁 柠 檬 水 碱 金 属 : 牙 膏 发 酵 粉 人 血 漂 白 剂 肥 皂 清 洁 剂 问 题. 将 下 列 物 质 以 酸 性 递 减 的 顺 序 排 列, 从 酸 性 最 强 的 开 始 : 人 血 7.4 醋 3.0 牛 奶 6.6 番 茄 汁 4.5 纯 净 水 7.0 漂 白 剂 1.0, 酒 4.0, 牙 膏 9.0 烤 箱 清 洁 剂 13.0 柠 檬 汁.0 窗 户 清 洁 剂 10.0 酸 性 最 强 柠 檬 水.0 醋 3.0 酒 4.0 番 茄 汁 4.5 牛 奶 6.6 纯 净 水 7.0 人 血 7.4 牙 膏 9.0 窗 户 清 洁 剂 10.0 漂 白 剂 1.0 烤 箱 清 洁 剂 13.0 碱 性 最 强 问 题 3. 下 面 哪 种 物 质 不 是 碱? 为 什 么? NaCl, KOH, CCl, Mg(OH), BaO, Na CO, CuO, HCl, CuCO NaCl, CCl - 不 是 碱 因 为 它 们 不 是 金 属 氧 化 物 氢 氧 化 物 或 者 碳 酸 盐 4 KOH, Mg(OH) - 是 金 属 氢 氧 化 物 BaO and CuO 是 金 属 氧 化 物 Na CO, and CuCO 是 金 属 碳 酸 盐 3 3 HCl 是 酸 问 题 4. 完 成 并 且 ( 如 果 有 必 要 ) 平 衡 这 些 文 字 和 符 号 方 程 式 来 表 示 中 和 反 应 : (a) 氧 化 镁 + 硫 酸 硫 酸 镁 + 水 MgO(s) + H SO 4 (aq) MgSO 4 (aq) + H O(l) (b) 氢 化 钙 + 盐 酸 氯 化 钙 + 水 Ca(OH) (aq) + HCl(aq) CaCl (aq) + HO(l) (c) 碳 酸 钠 + 硝 酸 硝 酸 钠 + 水 + 二 氧 化 碳 Na CO (s) + HNO (aq) NaNO (aq) + H O(l) + CO (g) 3 3 3 9