由於疫情原因,多省份初三開學一再推遲,因為只有化學是初三開課,而且最難章又非常靠後,所以化學的學習壓力會比較明顯。
大多數初中校的初三網課在二月中下旬就開始了,現在即將進入或者正在講解初中化學最難部分,也就是酸鹼鹽的課程,那麼我在這裡分享一下親自總結的《酸和鹼》這章的內容和學習方法,可以收藏列印作為筆記。
一、酸性和鹼性的概念:
現象:將紫色石蕊溶液滴加到鹼性溶液中變藍,將紫色石蕊溶液滴加到酸性溶液中變紅,將紫色石蕊溶液滴加到中性溶液中顏色不變。所以我們常常稱紫色石蕊溶液為酸鹼指示劑。一些植物的色素就是酸鹼指示劑,常見的酸鹼指示劑還有酚酞溶液等等。酸性和中性溶液中滴加酚酞不變色,鹼性溶液滴加酚酞變紅。
透過現象看本質:酸性溶液和鹼性溶液有不同的功能成分,可以使酸鹼指示劑變色。
結論:所有溶液中都存在氫離子和氫氧根離子,氫離子較多的溶液呈酸性,氫氧根離子較多的溶液呈鹼性,純淨水的氫離子和氫氧根離子一樣多,呈中性。
小知識:溶液中的氫離子和氫氧根離子的濃度存在定積關係,即兩者的濃度積一定。氫離子濃度可以用PH值表示,pH每相差1,氫離子濃度相差十倍,pH=0的溶液的氫離子濃度是pH=7的溶液的10^7(10000000)倍。所以酸溶液中氫離子濃度很高,氫氧根離子濃度很低,鹼溶液則反之。通常情況PH值在0-14之間,超過這個範圍,我們不用PH值描述氫離子濃度,直接用酸或鹼的溶質的質量百分比濃度。
二、常見的酸和鹼
顧名思義,酸呈酸性,鹼呈鹼性。不過酸性物質不只是酸,鹼性物質不只是鹼。
常見的酸:鹽酸HCl,硫酸H2SO4。濃鹽酸敞口放在空氣中質量變小——揮發性;濃硫酸敞口放在空氣中質量變大——吸水性。所以我們通常用濃硫酸作為乾燥劑,乾燥不與之反應的氣體。
濃鹽酸是氯化氫氣體的水溶液,有濃度上限,一般在38%左右;濃硫酸是三氧化硫與水反應的產物:SO3+H2O=H2SO4,所以100%的純硫酸是兩者恰好完全反應的產物,我們通常使用98%的濃硫酸。
濃硫酸不但有吸水性,還有脫水性和腐蝕性:脫水性是指將有機物的氫原子和氧原子按照2:1的比例從有機物中脫離出來,例如我們知道葡萄糖:C6H12O6,按比例脫氫氧之後純純的剩下了碳。所以濃硫酸能使有機物脫水變黑。
腐蝕性的化學原理比較複雜,酸溶液因為氫離子的存在,本身就具有腐蝕性。非常濃的濃硫酸不能稱作溶液,其腐蝕性不是氫離子的原因,而是因為其非常活潑的+6價的硫所具有的腐蝕性。
濃硫酸溶解的過程放出大量的熱,我們稀釋的時候是將濃硫酸倒入較多量的水中,並用玻璃棒攪拌。濃硫酸沾上皮膚之後需要迅速擦掉再用大量清水衝洗(新教材只要求大量水衝洗)。
稀硫酸沒有吸水性、脫水性和腐蝕性,和大多數酸一樣,更多的體現了氫離子的化學性質。
常見的鹼:氫氧化鈉NaOH,氫氧化鈣Ca(OH)2。可溶性鹼一般情況都有很強的腐蝕性,而且溶解都會放熱。一般情況,難溶的鹼大多是弱鹼,例如氫氧化鐵Fe(OH)3等等,此外氨水NH3.H2O也呈弱鹼性,有時當作鹼看待。
氫氧化鈉和氫氧化鈣等可溶性鹼都可以由其對應的氧化物和水反應製得。注意:Na2O+H2O=2NaOH CaO+H2O=Ca(OH)2 這兩個反應都是放熱反應,所以生石灰遇水放熱是反應放熱不是溶解放熱。
氫氧化鈉在空氣中遇水易潮解,久置的氫氧化鈉潮解後會吸收空氣中的CO2,反應生成碳酸鈉(Na2CO3):NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
同理生石灰在空氣中久置,先吸收空氣中的水蒸氣反應:CaO+H2O=Ca(OH)2,再潮解吸收空氣中的CO2:Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O,最後變成碳酸鈣(CaCO3)
鹼石灰是常見的乾燥劑(NaOH和CaO的混合物)。可在書中自查硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、氫氧化鈣的物理性質和工業用途等等。
三、與酸有關,並可以和鹼反應的情況
酸的分類:無氧酸(含氫化合物的酸性水溶液)和含氧酸(非金屬氧化物與水反應的產物)。強酸:易溶於水,在水中完全電離出氫離子,如硫酸和鹽酸。中強酸:在水中較大比例電離出氫離子,如磷酸;弱酸:難溶於水或者在水中大多以分子形態存在,如碳酸。
含氧酸具有相似性,碳酸也可以和硫酸一樣通過其對應的氧化物和水反應製得:H2O+CO2=H2CO3 ,不過碳酸是弱酸,所以很少電離出氫離子;碳酸易分解,上述反應可以反著進行:H2CO3 =H2O+CO2↑。一般情況弱含氧酸都可能自然分解或者受熱分解。
酸能和鹼在溶液中發生中和反應,非金屬氧化物也能和鹼在溶液中反應,上述反應的相似度很高。
SO3+2NaOH=Na2SO4+H2O ① H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O ②
酸和鹼的中和反應有通式:酸+鹼=鹽+水。既然有通式,就可以通過反應物中鹼的金屬部分化合價和酸的非氫部分化合價,整理出生成物(鹽)的化學式,方程式中的反應物和產物不用背就都會寫了。上面的兩個化學方程式我們只需要背下來②就可以,然後把②的反應物中的H2SO4去掉一個H2O就變成了SO3,生成物中的2H2O去掉一個H2O就變成了H2O,那麼就變得和①一模一樣。
以H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O為例:反應物酸中SO4是-2價,鹼中Na是+1價,所以產物中Na離子和SO4離子構成的分子寫作Na2SO4,會寫鹽的化學式,會配平就可以舉一反三了。所以化學方程式只需要按反應類型去記,不要見一個記一個。
與酸有關,並可以和鹼反應的情況一共就上面的兩類:酸和鹼反應、非金屬氧化物和鹼反應。接下來我們整理一下與鹼有關,可以和酸反應的情況:
四、與鹼有關,可以和酸反應的情況
我們已經知道比氫活動性強的金屬能和酸反應,置換出氫氣:
Fe+2HCl=FeCl2+H2↑
在初中階段Fe單質參與的能寫出化學方程式的反應都生成二價鐵(一般淺綠色),二價鐵或三價鐵(一般深紅色或者黃棕色)在溶液中發生複分解反應時化合價均不變。
FeO+2HCl=FeCl2+H2O Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
我們知道非金屬氧化物和酸都能在溶液中和鹼反應,同樣的道理金屬氧化物和鹼都能在溶液中和酸反應。
還是拿三價鐵的氧化物和鹼與鹽酸反應做對比:
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2O
三價金屬這樣的方程式不好配平,上面兩個方程式可以專門熟悉一下,其他化合價的金屬好配平,而且容易從方程式中找到規律:
CaO+2HCl=CaCl2+H2O ① Ca(OH)2+2HCl=CaCl2+2H2O ②
很容易看出來把②反應物中的Ca(OH)2和生成物同時去掉一個H2O,就和①完全一樣了。
與鹼有關,可以和酸反應的情況有三種,①金屬與酸的反應、②金屬氧化物和酸的反應、③鹼與酸的反應。值得注意的是①的非鹽產物是氫氣,②③的非鹽產物是水。
酸鹼中和反應的本質:如上圖,鹽酸和氫氧化鈉在溶液中以離子形式存在,其中H離子帶正電,OH離子帶負電,所以相互吸引相遇生成水(H2O)。水是弱電解質,只有極少量的水以H離子和OH離子的形式存在,這樣反應的本質就是(H+)+(OH-)=H2O其對應的化學方程式是:HCl+NaOH=NaCl+H2O。
此外酸還有一類反應,例如和我們實驗室製取CO2類似的反應:2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2↑,這類反應通式是酸+鹽=新酸+新鹽,本質是強酸HCl和弱酸鹽製取弱酸H2CO3的過程。弱酸在溶液中與水類似,大多數以分子形態存在於溶液,所以反應原理和酸鹼中和相似:就是氫離子和碳酸根離子生成碳酸。另外注意生成物不寫碳酸,因其不穩定分解:H2CO3 =H2O+CO2↑,
關於酸和鹼的化學性質,我已經將所有具有代表性的化學式加粗,以便於自行歸類。