庖工巧解牛
知識·巧學
一、酸鹼指示劑
1.概念
能跟酸或鹼溶液作用而顯示不同的顏色的物質稱為酸鹼指示劑。酸鹼指示劑通常是一類在酸性或鹼性溶液顯示不同顏色的植物，有些本身就是生物鹼或酸。用酸鹼指示劑可以檢驗溶液的酸鹼性。
2.常見的酸鹼指示劑
常見的酸鹼指示劑通常包括酚酞溶液、石蕊溶液等，酚酞遇鹼變紅色，在酸性或中性溶液中不變色；石蕊遇酸變紅色，遇鹼變藍色，中性溶液中不變色(紫色)。
記憶要訣小芬太(即酚酞)靦腆，怕鹼不怕酸，遇鹼臉就紅，遇酸色不變。「酸紅(遇酸變紅)石榴(石蕊)撿到籃(遇鹼變藍)子中(中性環境中為紫色)」。
3.自製酸鹼指示劑
在自然界裡，有許多植物色素在不同的酸鹼性溶液中，都會發生顏色的變化。這些植物色素可以用作石蕊和酚酞等指示劑的代用品。但植物色素通常難溶於水，易溶於酒精等有機溶劑，所以本實驗中加入乙醇助溶，採用乙醇與水(體積比1∶1)來溶解植物色素。
所製得的酸鹼指示劑中，牽牛花在酸或鹼溶液中的顏色變化效果較好。
二、常見的酸
1.幾種常見的酸
實驗探究：鹽酸和硫酸的物理性質
實驗步驟：分別打開盛有鹽酸、硫酸的試劑瓶蓋，觀察現象並聞氣味。
實驗現象：純淨的鹽酸是無色、無味的液體，打開濃鹽酸瓶塞後有白霧產生，其原因是濃鹽酸易揮發，產生的HCl與空氣中的水蒸氣結合成鹽酸小液滴的緣故。純淨的硫酸是無色粘稠的液體，密度較大，沸點很高。濃硫酸極易吸收水分，所以濃硫酸需要密閉貯存，不能暴露在空氣中。
要點提示①工業品鹽酸常因含有雜質而帶黃色。鹽酸所含的雜質通常是H2SO4、FeCl3等，這些雜質有的是由原料不純而帶入的，有的是因設備受腐蝕引入的，如鐵製設備被酸侵蝕而帶入Fe3+，鹽酸的黃色主要就是由Fe3+引起的。②聞氣體氣味的方法：因為很多氣體都有毒，所以，不能直接將鼻子對著氣體嗅，而應該用手將氣體輕輕扇動，僅使極少量的氣體飄入鼻孔。
2.鹽酸和硫酸的用途
(1)鹽酸的用途
鹽酸能用於製造氯化鋅等氯化物(氯化鋅是一種焊藥)，也能用於從礦石中提取鐳、釩、鎢、錳等金屬，製成氯化物。
隨著有機合成工業的發展，鹽酸(包括氯化氫)的用途更廣泛，如制聚氯乙烯塑料，用於合成多種有機氯化物，用於水解澱粉制葡萄糖，用於製造鹽酸奎寧(治療瘧疾病)等多種有機藥劑的鹽酸鹽等。
(2)硫酸的用途
硫酸是一種非常重要的化工原料，幾乎所有的工業都直接或間接地用到它。
硫酸在肥料生產上的應用主要是製造硫酸銨和處理磷礦石生產過磷酸鈣。例如，每生產1 t硫銨約需750 kg硫酸，每生產1 t普鈣需硫酸350—400 kg。硫酸還用於農藥的生產。
在冶金工業上，電解精煉Cu、Zn、Ni時，電解液就要用硫酸配製。在金屬加工時，硫酸又常用來進行「鋼鐵酸洗」，以除去鋼鐵表面的鐵鏽。在石油工業上，硫酸主要用於原油的處理，除去其中的硫化物和不飽和烴。硫酸還用於化學纖維和塑料的生產。許多醫藥如磺胺藥物、阿司匹林、咖啡因等的生產都需用硫酸。
國防上生產火藥也需用硫酸，每生產1 t TNT炸藥需硫酸360 kg，生產1 t苦味酸約需硫酸1 300 kg。
3.濃硫酸的腐蝕性
實驗探究：濃硫酸的腐蝕性
實驗內容：①用玻璃棒蘸濃硫酸在紙上寫字；②用小木棍蘸少量濃硫酸；③將濃硫酸滴到一小塊布上。
實驗現象：①紙上沾有濃硫酸的部位變黑；②小木棍沾有濃硫酸的部位變黑；③布上沾有濃硫酸的部位變黑，並出現一個黑洞。
實驗結論：用玻璃棒蘸取濃硫酸在紙上寫字後，由於濃硫酸奪取了紙中的「水」而使紙炭化，白紙上出現了「黑字」；小木棍蘸了濃硫酸後，也難逃被脫水的命運，小木棍發黑炭化；濃硫酸滴到布上後，布被炭化。以上現象說明濃硫酸具有腐蝕性。
要點提示濃硫酸能使蔗糖、澱粉、纖維素等物質失水碳化，並不是因為濃硫酸吸取了有機物內部所含有的水分(結晶水)，而是把組成有機物成分裡的氫、氧元素的原子按2∶1的比率(水的組成比)從有機物裡奪取出來，形成硫酸的水合物，同時剩下有機物組成中的碳。對濃硫酸來說，它起了脫水作用，對有機物來說，則發生了碳化現象。
4.濃硫酸的稀釋
因為濃硫酸溶於水時會放出大量的熱，所以濃硫酸稀釋的關鍵是散熱。正確的方法如右圖所示：將濃硫酸緩緩注入盛在燒杯的水中，邊加邊攪拌。
濃硫酸具有吸水性，跟水結合生成不同組成的水合物，同時放出大量的熱。硫酸的水合物有H2SO4·H2O、H2SO4·2H2O、H2SO4·4H2O等，當降低硫酸溶液的溫度時，這些水合物便以晶體形式析出。
要點提示稀釋濃硫酸時，一定要把濃硫酸沿器壁緩慢注入水中，並不斷攪拌。切忌將水倒入濃硫酸中。
5.濃硫酸濺到皮膚或衣服上的處理方法
由於濃硫酸遇水能放出大量熱，所以，濃硫酸濺到皮膚或衣服上，首先要用抹布擦乾，然後再用大量水衝洗，然後塗上碳酸氫鈉中和剩餘的硫酸。而不能先用水衝洗，皮膚受傷的，還應該到醫院請醫生處理。
濃硫酸濺到皮膚或衣服上，如不立即處理，衣服很快就會產生破洞，進而灼傷皮膚，塗碳酸氫鈉的作用是為了中和殘餘的硫酸。
6.酸的化學性質
(1)與指示劑反應
稀鹽酸和稀硫酸與紫色石蕊溶液、酚酞溶液作用，紫色石蕊顯紅色，酚酞不變色。
(2)與活潑金屬反應
Mg+2HCl====MgCl2+H2↑ Mg+H2SO4====MgSO4+H2↑
Fe+2HCl====FeCl2+H2↑ Fe+ H2SO4====FeSO4+H2↑
Zn+2HCl====ZnCl2+H2↑ Zn+ H2SO4====ZnSO4+H2↑
鹽酸和硫酸都能與活潑金屬反應生成鹽和氫氣
(3)與金屬氧化物反應
MgO+2HCl====MgCl2+H2O MgO+H2SO4====MgSO4+H2O
Fe2O3+6HCl====2FeCl3+3H2O Fe2O3+3H2SO4====Fe2(SO4)3+3H2O
鐵鏽與鹽酸或硫酸反應，均生成了易溶於水的鐵鹽和水，所以可以除鏽。但是，如果長時間的將生鏽的鐵釘浸泡在鹽酸或硫酸中，當鐵鏽反應完後，內層的鐵就會與酸反應。
總結歸納酸的化學性質：
①酸能使紫色石蕊溶液變成紅色，遇無色酚酞溶液不變色；
②酸與金屬活動順序表中H以前的金屬反應，越靠前的金屬與酸反應越劇烈；
③酸能與一些金屬氧化物反應。我們可以利用這一性質除鏽。
三、常見的鹼
1.幾種常見的鹼
(1)氫氧化鈉
①氫氧化鈉的物理性質
從外觀上看，實驗室中的氫氧化鈉是片狀或粒狀固體，將其露置在空氣中，表面很快出現潮溼現象，說明它吸收了空氣中的水分或與二氧化碳作用產生了水。將氫氧化鈉溶於水，用手觸摸燒杯壁，能明顯地感覺到燙手，說明氫氧化鈉溶於水的過程中放出了大量的熱。
知識拓展氫氧化鈉易吸收空氣中的水分而潮解，依據這一性質，氫氧化鈉也被用作乾燥劑，但只能幹燥鹼性物質。
②氫氧化鈉的腐蝕性
將一隻雞爪浸泡在氫氧化鈉溶液中，雞爪顏色發紅，皮膚脫落，雞爪嚴重腐蝕的現象說明氫氧化鈉具有較強的腐蝕性。
要點提示氫氧化鈉不僅能夠將雞爪腐蝕，對皮膚及衣物也有極強的腐蝕作用，所以，在實驗室做實驗的過程中，涉及到氫氧化鈉的使用時，同學們一定要注意安全。
③將氫氧化鈉溶液濺到皮膚或衣服上的處理方法
不慎將氫氧化鈉溶液濺到皮膚或衣服上要立即用大量的水衝洗，以降低氫氧化鈉的濃度，而減輕其腐蝕性，然後塗上硼酸，中和殘餘的氫氧化鈉。如果皮膚受傷，應該立即請醫生處理。
④氫氧化鈉的用途
a.製造肥皂。肥皂的主要成分是高級脂肪酸的鈉鹽，通常用油脂和氫氧化鈉為原料經過皂化反應而製成。
b.精鍊石油。石油產品經硫酸洗滌後還含有一些酸性物質，必須用氫氧化鈉溶液洗滌，再經水洗，才能得到精製產品。
c.造紙。造紙的原料是木材或草類植物，這些植物裡除含纖維素外，還含有相當多的非纖維素成分(木質素、樹膠等)。加入稀的氫氧化鈉溶液可將非纖維素成分溶解而分離，從而製得以纖維素為主要成分的紙漿。
d.紡織。人造纖維如人造棉、人造毛、人造絲等，大都是粘膠纖維，它們是用纖維素(如紙漿)、氫氧化鈉、二硫化碳(CS2)為原料製成粘膠液，經噴絲、凝結而製得。
e.印染。棉織品用燒鹼溶液處理後，能除去覆蓋在棉織品上的蠟質、油脂、澱粉等物質，同時能增加織物的絲光色澤，使染色更均勻。
(2)氫氧化鈣
①氫氧化鈣俗名熟石灰或消石灰，它可由生石灰與水反應製得，CaO+H2O====Ca(OH)2反應中放出大量的熱，能使水沸騰。
②氫氧化鈣對皮膚、衣服也有腐蝕性，使用時要注意安全。
③用石灰水檢驗二氧化碳：二氧化碳與石灰水反應，能產生白色的碳酸鈣沉澱，現象明顯、獨特，可用於檢驗二氧化碳。
2.鹼的化學性質
(1)與指示劑的反應
氫氧化鈉和氫氧化鈣遇石蕊變藍色，遇酚酞變紅色。
(2)與非金屬氧化物反應
將二氧化碳氣體通入澄清的石灰水中，石灰水變渾濁。
Ca(OH)2+CO2====CaCO3↓+H2O
氫氧化鈉吸收空氣中的二氧化碳，生成碳酸鈉和水。
2NaOH+CO2====Na2CO3+H2O
氫氧化鈉與三氧化硫反應如SO3+NaOH====Na2SO4+H2O。
自己動手自製葉脈書籤
向少量稀氫氧化鈉溶液(或適量新制的熟石灰和純鹼混合加水煮沸所得的懸濁液)中，投入幾片外形整齊，具有網狀葉脈的(闊葉林樹木的樹葉符合此要求)樹葉，並使樹葉浸泡在溶液中，煮沸6—10 min，利用強鹼的強烈腐蝕作用將葉片上葉肉腐蝕掉，而葉脈抗腐蝕能力較強，不會被腐蝕掉(不能用濃的氫氧化鈉溶液，因為太濃的氫氧化鈉會將葉肉和葉脈一起腐蝕掉，通常用10%的氫氧化鈉溶液即可)。取出樹葉放在清水裡洗去鹼液，再用毛刷輕輕刷去葉肉，將葉脈晾至半乾後著上你喜歡的顏色。晾乾後一張漂亮的葉脈書籤就做成了。
四、同類物質性質相似的原因
實驗探究：不同溶液的導電能力
實驗步驟：將盛有鹽酸、硫酸、氫氧化鈉溶液、氫氧化鈣溶液、蒸餾水和乙醇的燒杯並連在一起，接通電源，觀察燈泡的亮度。
實驗現象：連接鹽酸、硫酸、氫氧化鈉溶液、氫氧化鈣溶液的燈泡亮，連接蒸餾水和乙醇的燈泡不亮。
實驗結論：根據實驗中燈泡是否發亮，將物質分為兩類，燈泡不亮的不導電，如蒸餾水、乙醇；燈泡亮的導電能力強，如鹽酸、硫酸、氫氧化鈉和氫氧化鈣，它們是強酸或強鹼。鹽酸和氫氧化鈉之所以能夠導電，是因為它們在水中都能夠電離出可以自由移動的陽離子和陰離子。
實驗分析：形成電流的前提有兩個，一是存在帶電粒子，另一個是帶電粒子能夠自由移動。
水不能導電，所以物質在水溶液中能導電的內在原因只能是在水溶液的溶質電離出了帶電的離子，如硫酸電離出和H+，鹽酸電離出H+和Cl-,氫氧化鈉電離出Na+和OH-,石灰水中電離出Ca2+和OH-；乙醇不能電離所以不導電。
總結歸納酸是一類物質，它具有相似的性質，其內在原因是都能夠在水溶液中電離出H+；鹼是另一類物質，它也具有類似的性質，其內在原因是都能夠在水溶液中電離出OH-。
酸、鹼的通性和導電性都與此結構有關。首先因為它們電離出了H+或OH-，所以都能導電；其次與指示劑的反應，與氧化物的反應，也與H+或OH-有關，酸與金屬置換出氫氣正是金屬與H+發生了反應。
問題·探究
問題1 稀釋濃硫酸時一定要將濃硫酸緩緩注入水中並不斷攪拌。為什麼？
思路：從硫酸溶於水放熱及硫酸與水的密度大小來考慮。
探究:濃硫酸被稀釋時會放出大量的熱，且硫酸的密度比水大，所以一般稀釋濃硫酸時，為防止液體濺出，往往採取將濃硫酸緩緩地注入水中，並不斷地用玻璃棒攪拌，使之放出的熱量及時地散發出去。
問題2 在探究酸的除鏽作用時，老師首先給學生演示了鹽酸與鐵鏽反應的實驗，然後有位同學按照教材介紹的原理和教師演示的方法進行鹽酸的除鏽實驗，但與教師的現象並不相同，請你幫這位同學找出原因。
教師演示實驗的現象：觀察到鐵鏽逐漸消失，溶液由無色慢慢變成黃色。
學生實驗的現象：開始時觀察到鐵鏽逐漸消失，溶液由無色慢慢變成黃色，當鐵鏽消失以後，鐵釘表面會冒出氣泡，溶液顏色變淡，最後由黃色變成淺綠色。
思路：根據實驗現象不同找原因，所以應仔細分析實驗現象，根據現象不同找出可能發生的反應，即可找出原因。
探究:該學生使用的鹽酸比教師多，除發生了鐵鏽與鹽酸的反應以外，還發生了鐵與鹽酸的反應。所以，同學們不能被表象所迷惑，而要透過現象看本質——鹽酸的用量不同，反應的程度不同。
問題3 氧化銅固體可溶於稀硫酸，而稀硫酸溶液中存在著H+、H2O三種微粒，試設計實驗，探究是哪種微粒使氧化銅溶解的？
思路：可分別向將盛有三種離子的溶液中加入氧化銅，觀察現象，即可知答案。
探究:實驗設計：
(1)如圖1所示，向氧化銅粉末中加水，觀察到氧化銅不能溶於水；
(2)如圖2所示，向氧化銅粉末中加稀硫酸，觀察到氧化銅可以溶於稀硫酸；
(3)如圖3所示，向氧化銅粉末中加硫酸鈉溶液，觀察到氧化銅不能溶解。
結論：是H+與氧化銅發生反應，從而使氧化銅溶解。
典題·熱題
例1現有失去標籤的相同體積的兩瓶液體，一瓶是98%的濃硫酸，另一瓶是10%的稀硫酸，請你用學過的物理和化學知識，用兩種方法將它們鑑別出來。
物理方法：__________________________________________________________________；
化學方法：__________________________________________________________________。
解析：10%的稀硫酸和98%的濃硫酸都具有酸的通性，但98%的濃硫酸又具有一些物理特性和化學特性。如濃硫酸是粘稠油狀的液體，密度比稀硫酸的大，稀釋濃硫酸會放出大量的熱；濃硫酸還具有吸水性、脫水性和強氧化性。依據兩者性質上的差異，可從不同的角度去鑑別，
答案：物理方法：(1)稱質量：用天平稱質量，質量大的為濃硫酸；(2)測密度：密度大的為濃硫酸；(3)觀察：傾斜觀察，較粘稠的一瓶是濃硫酸；(4)稀釋：稀釋兩種酸，用手摸燒杯壁，較熱的是濃硫酸；(5)比較導電性：導電性強的是稀硫酸。
化學方法：(1)用小木條試驗：用小木條分別蘸取兩種酸，木條變黑的是濃硫酸；(2)用白紙條試驗：用白紙條分別蘸取兩種酸，紙條變黑的是濃硫酸；(3)用膽礬試驗：取兩塊膽礬分別滴加兩種酸，能使膽礬變白的是濃硫酸；(4)用鐵釘試驗：取少量的兩種酸於試管中，分別加入鐵釘，有氣泡產生的是稀硫酸等等。
深化升華此題是一道鑑別型的開放實驗題，旨在考查學生的發散、遷移、綜合能力和語言表達能力。解題時，可從物質的物理性質、化學性質等方面入手，不僅可以應用化學知識和方法，而且還要遷移應用物理、生物等相關學科的知識和方法進行鑑別。對於只用一種物質鑑別的題目，用何種物質來鑑別是解決問題的關鍵，其程序如下：
(1)分別用被鑑別物質的溶解性，密度，溶液的酸鹼性，確定能否用水或酸鹼指示劑或pH試紙鑑別；
(2)分析被鑑別物質中的陽離子和陰離子，分別適用於何種試劑進行鑑別，綜合比較，可確定試劑。
例2如右圖所示，將甲、乙兩瓶振蕩後，甲瓶內出現渾濁，軟塑料瓶變癟；乙瓶的現象為熟雞蛋落到瓶中。請解釋原因，並寫出有關的化學方程式。
解析：二氧化碳氣體能與石灰水反應，石灰水中的溶質是熟石灰，即Ca(OH)2，反應的產物之一是碳酸鈣，難溶於水，溶液變渾濁，呈牛奶狀，二氧化碳反應消耗以後，瓶內壓強減小，所以塑料瓶會變癟；氫氧化鈉與熟石灰都是鹼，性質相似，也能夠與二氧化碳反應，使瓶內壓強減小，在大氣壓作用下，熟雞蛋被壓進瓶內。
答案：二氧化碳與熟石灰、氫氧化鈉反應，瓶內壓強減小，塑料瓶變癟、熟雞蛋被壓進瓶內；二氧化碳與石灰水反應產生沉澱，出現渾濁。
CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O，CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O。
深化升華本題給基本知識包上了一層外衣，把幾個方程式設計成了一個實驗，只要明確反應原理，再結合物理上壓強的知識，很容易解決。
例3下列化學實驗操作或事故處理方法正確的是( )
A.不慎將酸濺到眼中，應立即用水衝洗，邊洗邊眨眼睛
B.不慎將濃鹼溶液沾到皮膚上，要立即用大量水衝洗，然後塗上硼酸
C.酒精燈著火時可用水撲滅
D.配製硫酸溶液時，可先在量筒中加入一定體積的水，再在攪拌條件下慢慢加入濃硫酸
解析：本題既考查化學實驗基本操作，同時也考查處理實驗過程中安全問題的能力。在實驗過程中如不慎將酸濺到衣服或皮膚上，應立即用較多的水衝洗(如果是濃硫酸，要迅速用抹布擦拭，繼之用水衝洗)，然後用3％—5％的碳酸氫鈉溶液淋洗。如果將鹼液沾到皮膚上，要用較多的水衝洗，再塗上硼酸溶液。萬一眼睛裡濺進了酸或鹼溶液，要立即用水衝洗(不可用手揉眼睛)，要邊洗邊眨眼睛，必要時請醫生處理。酒精燈著火時應先用溼抹布蓋滅，再進一步處理。濃硫酸溶於水時要放出大量的熱，在稀釋濃硫酸時，要把濃硫酸沿著燒杯內壁緩緩注入盛有水的燒杯裡(由於濃硫酸的密度比水的密度大)，並用玻璃棒不斷攪拌，使產生的熱量迅速擴散。量筒是量取溶液的量具，不能用來配製溶液。
答案：AB
方法歸納掌握中學化學實驗基本操作，一定要走進實驗室，明確這樣操作的原因是什麼？才能在具體的實驗中真正學會正確的操作方法，加強實驗安全。
例4下列活動原理與二氧化碳檢驗原理不同的是( )
A.冬天園林工人用石灰漿將樹幹底部刷白
B.用石灰沙漿砌磚抹牆很牢固
C.裝石灰水的試劑瓶用久後瓶壁上有一層白色的膜
D.用石灰水為魚池消毒
解析：ABC三項的原理都與用石灰水檢驗二氧化碳的原理相同，只有D項是利用石灰水的強腐蝕性來殺滅細菌。
答案：D
深化升華本題將生活中的一些現象與科學知識結合起來，引導我們學以致用。
例5在學習酸和鹼的性質時發現，任何物質可能對人類有利，也有可能給人類帶來危害，如酸或鹼也是一樣：
解析：按照示例的方法對本課題中所涉及的酸、鹼找出其有利的一面和不利的一面。
答案：
深化升華通過本題可以提醒我們要一分為二的看待問題，任何事物都有兩面性，我們要儘可能利用其有利的一面，彌補或避免不利的一面。