常见的酸和碱Common Acids and Bases

大思想 · 转化(TRA)AP 科学实践 2 · 提问与方法AP 衔接 · Unit 8约 30 分钟

学习目标

  • 说出紫色石蕊、无色酚酞遇酸、碱溶液的颜色变化
  • 说出盐酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钙的性质和用途,正确稀释浓硫酸
  • 写出酸、碱的主要化学性质及有关的化学方程式,知道酸、碱具有通性的原因

前置知识

  • 金属的性质与金属活动性顺序(1.8.3)
  • 离子的形成(1.3.6)

酸酸的、滑滑的

柠檬、食醋有酸味,胃里的胃液含有盐酸;肥皂水摸起来滑滑的,建筑工地上用的石灰浆能使空气中的二氧化碳变成坚硬的碳酸钙。这些物质分属两大类:酸和碱。

本课分两部分:

  1. 指示剂和常见的酸:酸碱指示剂,盐酸和硫酸,浓硫酸的稀释,酸的通性。
  2. 常见的碱:氢氧化钠和氢氧化钙,碱的通性。

第一部分后面有一组小练习,做完再学第二部分。

第一部分:指示剂和常见的酸

酸碱指示剂

能跟酸或碱的溶液起作用而显示不同颜色的物质,叫做酸碱指示剂acid-base indicator:

酸性溶液中性溶液碱性溶液
紫色石蕊溶液变红不变色(紫色)变蓝
无色酚酞溶液不变色不变色变红

选一种指示剂,滴进下面的溶液里:

动手试试:选一种指示剂,再点试管滴进去

先猜一猜会变成什么颜色,再点试管。

注意碳酸钠溶液:碳酸钠属于盐,它的水溶液却显碱性。所以显碱性的溶液不一定是碱的溶液。

常见的酸

盐酸(HCl\ce{HCl} 的水溶液):浓盐酸有挥发性,打开瓶盖,瓶口会出现白雾(挥发出的氯化氢与空气中的水蒸气结合成的盐酸小液滴)。人的胃液中含有盐酸,帮助消化。

硫酸(HX2SOX4\ce{H2SO4}):浓硫酸有吸水性,可作干燥剂;有强烈的腐蚀性,能夺取纸张、木材中的水分,使它们变黑。

稀释浓硫酸:一定要把浓硫酸沿器壁慢慢注入水中,并用玻璃棒不断搅拌,切不可把水倒进浓硫酸里。如果不慎沾到皮肤上,要立即用大量水冲洗,再涂上 3%~5% 的碳酸氢钠溶液。

酸的化学性质:

  1. 能使紫色石蕊溶液变红,不能使无色酚酞溶液变色。
  2. 与较活泼的金属反应,生成盐和氢气(1.8.3 节)。
  3. 与某些金属氧化物反应,生成盐和水。用稀盐酸除铁锈时,铁锈逐渐消失,溶液变成黄色:
FeX2OX3+6 HCl→2 FeClX3+3 HX2O\ce{Fe2O3 + 6HCl -> 2FeCl3 + 3H2O} CuO+HX2SOX4→CuSOX4+HX2O\ce{CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O}
  1. 与碱反应,生成盐和水(1.8.5 节)。
  2. 与某些盐反应,生成新盐和新酸(1.8.6 节):
CaCOX3+2 HCl→CaClX2+HX2O+COX2↑\ce{CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + H2O + CO2 ^}

不同的酸有相似的化学性质,是因为它们在水溶液中都能解离物质溶于水时,分成能自由移动的带电粒子(离子)。比如 HCl 在水中解离成 H⁺ 和 Cl⁻,NaOH 解离成 Na⁺ 和 OH⁻。出 HX+\ce{H+}:酸在水溶液中解离出的阳离子全部是 HX+\ce{H+}。

第一部分小练习

练一练:指示剂滴入下列溶液后,颜色怎样变化?
  1. 紫色石蕊溶液滴入稀盐酸
  2. 紫色石蕊溶液滴入氢氧化钠溶液
  3. 无色酚酞溶液滴入稀硫酸
  4. 无色酚酞溶液滴入澄清石灰水
  5. 紫色石蕊溶液滴入食盐水
  6. 无色酚酞溶液滴入碳酸钠溶液
  7. 紫色石蕊溶液滴入白醋
  8. 无色酚酞溶液滴入蒸馏水

第二部分:常见的碱

氢氧化钠(NaOH\ce{NaOH},俗称烧碱、火碱、苛性钠):白色固体,极易溶于水,溶解时放出大量的热;在空气中容易吸收水分而潮解,可作某些气体的干燥剂;有强烈的腐蚀性。氢氧化钠要密封保存。

氢氧化钙(Ca(OH)X2\ce{Ca(OH)2},俗称熟石灰、消石灰):白色粉末,微溶于水,它的水溶液俗称石灰水。可以由生石灰和水反应制得,反应放出大量的热:

CaO+HX2O→Ca(OH)X2\ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}

氢氧化钙可用于建筑、改良酸性土壤、配制农药波尔多液。

碱的化学性质:

  1. 能使紫色石蕊溶液变蓝,使无色酚酞溶液变红。
  2. 与某些非金属氧化物反应,生成盐和水:
2 NaOH+COX2→NaX2COX3+HX2O\ce{2NaOH + CO2 -> Na2CO3 + H2O} Ca(OH)X2+COX2→CaCOX3↓+HX2O\ce{Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 v + H2O}
  1. 与酸反应,生成盐和水(1.8.5 节)。
  2. 与某些盐反应,生成新盐和新碱(1.8.6 节):
2 NaOH+CuSOX4→Cu(OH)X2↓+NaX2SOX4\ce{2NaOH + CuSO4 -> Cu(OH)2 v + Na2SO4}

碱在水溶液中解离出的阴离子全部是 OHX−\ce{OH-},所以不同的碱也有相似的化学性质。

例题 1:为什么不能把水倒进浓硫酸?

分步解析
  1. 放热。 浓硫酸溶于水时放出大量的热。
  2. 密度。 水的密度比浓硫酸小,倒进去的水会浮在浓硫酸上面。
  3. 后果。 上层的少量水被迅速加热到沸腾,带着硫酸液滴向四周飞溅,非常危险。
  4. 正确做法。 把浓硫酸沿器壁慢慢注入水中,并不断搅拌,使热量及时散失。

例题 2:用稀盐酸除铁锈

把生锈的铁钉放进足量的稀盐酸中,开始时有什么现象?铁锈除去后,如果铁钉继续留在盐酸里,又会怎样?

分步解析
  1. 开始。 铁锈(主要成分 FeX2OX3\ce{Fe2O3})逐渐溶解,溶液由无色变成黄色: FeX2OX3+6 HCl→2 FeClX3+3 HX2O\ce{Fe2O3 + 6HCl -> 2FeCl3 + 3H2O}
  2. 铁锈除尽后。 铁与盐酸接触,表面产生气泡:Fe+2 HCl→FeClX2+HX2↑\ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2 ^}。
  3. 结论。 除锈时铁制品不能长时间浸泡在酸中,否则铁本身也会被腐蚀。

常见误区

误区 1:稀释浓硫酸时把水倒进浓硫酸里。 必须“酸入水”:把浓硫酸慢慢注入水中,并不断搅拌。

误区 2:“能使酚酞变红的一定是碱。” 碳酸钠是盐,它的溶液也能使酚酞变红。只能说溶液显碱性。

误区 3:“打开浓盐酸的瓶盖冒出白烟。” 是白雾,不是白烟。雾是小液滴,烟是固体小颗粒。

即时小测

下列物质敞口放置在空气中,质量增加而且变质的是?

稀释浓硫酸的正确操作是?

小结

  • 紫色石蕊遇酸变红、遇碱变蓝;无色酚酞遇碱变红、遇酸不变色。显碱性的溶液不一定是碱溶液。
  • 浓盐酸有挥发性;浓硫酸有吸水性和腐蚀性,稀释时要“酸入水”。
  • 酸的通性:与指示剂、活泼金属、金属氧化物、碱、某些盐反应;原因是溶液中都有 HX+\ce{H+}。
  • 氢氧化钠易潮解、有强腐蚀性,要密封保存;碱的通性:与指示剂、某些非金属氧化物、酸、某些盐反应;原因是溶液中都有 OHX−\ce{OH-}。
通往 AP(以后再看)

AP U8.1 用 Brønsted–Lowry 理论定义酸碱:酸是质子(HX+\ce{H+})的给予体,碱是质子的接受体;在水中,HX+\ce{H+} 实际上以水合氢离子 HX3OX+\ce{H3O+} 的形式存在。AP 还会区分强酸、弱酸:盐酸、硫酸在水中几乎完全解离,醋酸只解离很少的一部分。指示剂在 U8.5 的酸碱滴定中用来判断终点。

练一练这一章:模块 8 · 身边的常见物质 · 10 道题

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