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化学竞赛辅导讲座(酸碱盐)[整理]

发布时间:2014-03-17 17:37:02  

化学竞赛辅导讲座(酸、碱、盐)

一、竞赛中涉及的问题

(一) 酸、碱、盐溶液的导电性

1、溶液的导电性

酸、碱、盐的水溶液能够导电,因为酸、碱、盐在水分子的作用下电离能够自由移动的离子。受外电场作用,离子作定向移动。阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,并分别在电极上失去和得到电子变成新的物质。因此,酸、碱、盐溶液导电的过程是化学变化的过程。不同的酸、碱、盐溶液在相同条件下导电能力不一样,原因是它们的水溶液中单位体积内自由移动的离子数目不同。自由移动的离子的数目又决定于酸、碱、盐在水溶液中的电离程度。不同的酸、碱、盐在水中的电离程度是不同的。

强酸、强碱和大部分盐类在水溶液中是完全电离的,而弱酸、弱碱的电离是不完全的。初中化学主要研究强酸、强碱和盐类的电离。溶液中单位体积内自由移动的离子数目越多,溶液的导电能力就越强。相同条件下,又可由酸、碱溶液的导电能力的大小推知酸、碱的强弱,水溶液导电能力越强的酸和碱 1

就越强。

2、酸、碱、盐的电离

(1)酸在水溶液中电离有氢离子和酸根离子生成,酸根离子所带的负电荷数等于电离时生成的氢离子数目。强酸的电离如下:

HNO3=H++NO3-

H2SO4=2H++SO42-

(2)碱在水溶液中电离时生成金属离子(氨水电离产生铵离子),氢氧根离子。金属离子所带的正电荷数等于氢氧根离子的数目,强碱的电离如下:

NaOH=Na++OH-

Ba(OH)2=Ba2++2OH-

(3)盐在水溶液中电离出金属离子(或NH4+)和酸根离子。金属离子所带的正电荷总数等于酸根离子所带的负电荷总数。盐类的电离如下:

Na2CO3=2Na++CO32-

NaCl=Na++Cl-

书写电离方程式注意两点:

一是离子的电荷符号和电荷数目要标正确。

二是电荷总数要相等。

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3、稀硫酸与Ba(OH)2溶液反应、CO2与Ca(OH)2溶液反应,溶液导电性变化的规律

(1) 稀硫酸和Ba(OH)2溶液反应:

H2SO4+Ba(OH)2=BaSO4↓+2H2O

由于生成物中BaSO4是难溶的物质,水是难电离的物质,

随着H2SO4的不断加入,原来Ba(OH)2溶液中的离子数目逐步减少,导电能力逐步减小;当H2SO4与Ba(OH)2完全反应后,溶液中离子数目极少,导电能力几乎为零。在此之后继续滴加H2SO4,由于溶液中再没有物质与H2SO4反应,所以溶液中H+和SO42—逐渐多起来,导电能力又逐渐增大。如甲图所示。

溶液的导电性 溶液的导电性

甲图 乙图

加入硫酸的量 加入CO2的量

(2)CO2通入Ca(OH)2溶液中,溶液中发生的反应有:

CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O ①

Ca(OH)3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 ②

最初通入CO2发生反应①,由于产物是难溶的CaCO3和难

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电离的H2O,原溶液中离子数目逐渐减少,溶液的导电性降低。当CO2恰好与Ca(OH)2完全反应时,溶液中离子极少,导电能力接近于零。之后继续通入CO2,由于发生反应②,生成物Ca(HCO3)2是可溶性盐,Ca(HCO3)2=Ca2++2 HCO3-使溶液中离子逐渐增多,溶液的导电能力又逐渐增大。但是,当生成的CaCO3全部转化成Ca(HCO3)2后,CO2不能再被吸收,溶液中离子不再增加,导电能力不再随CO2的通入而增大。如图乙所示。

(二) 酸、碱的通性,盐的性质

1、 酸的通性

(1)酸溶液能跟酸碱指示剂起反应。紫色石蕊试液遇酸变红,无色酚酞试液遇酸不变色。注意显色的物质是指示剂。

(2)酸能跟多种活泼金属起反应,通常生成盐和氢气。只有位于金属活动性顺序表中氢前面的金属才能与稀酸(HCl、H2SO4)反应,产生氢气。位于氢后的金属不能与稀酸(HCl、H2SO4)反应,但能与浓硫酸和浓硝酸反应。

例如:Cu+2H2SO4(浓)? CuSO4+SO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O

可见,金属和浓硫酸、硝酸反应都没有氢气产生,这就是 4

实验室不能用浓硫酸和硝酸与锌反应制氢气的原因。

(3)酸能跟碱性氧化物反应生成盐和水

(4)酸能跟某些盐反应生成新酸和新盐

(5)酸跟碱起中和反应生成盐和水

常见的酸有盐酸、硫酸和硝酸,它们虽然具有上述五点通性(因为电离出的阳离子都是H+)。但又各具不同的物理化学性质。

①盐酸是氯化氢的水溶液,是一种混合物。纯净的盐酸是无色的液体,有刺激性气味。工业品浓盐酸因含有杂质(Fe3+)带有黄色。浓盐酸具有挥发性,打开浓盐酸的瓶盖在瓶口立即产生白色酸雾。这是因为从浓盐酸中挥发出来的氯化氢气体跟空气中水蒸汽接触,形成盐酸小液滴分散在空气中形成酸雾。

②硫酸是一种含氧酸,对应的酸酐是SO3。纯净的硫酸是没有颜色、粘稠、油状的液体,不易挥发。常用的浓硫酸中的H2SO4的质量分数为98%,密度为1.84克/厘米3。稀H2SO4具有酸的通性。浓硫酸除去具有酸的通性外,还具有三大特性:

a、吸水性 浓H2SO4吸收水形成水合硫酸分子(H2SO4·nH2O),并放出大量热,所以浓硫酸通常用作干燥剂。

b、脱水剂 浓硫酸可将有机化合物中的氢原子和氧原子 5

按水分子的构成(H:O=2:1)夺取而使有机物脱水碳化。纸、木柴、衣服等遇浓硫酸变黑,这就是因为浓硫酸的脱水性使其碳化的缘故。

C、强氧化性 在浓硫酸溶液中大量存在的是H2SO4分子而不是H+,H2SO4分子具强氧化性。浓硫酸可使金属活动性顺序表氢后面的一些金属溶解,可将C、S等非金属单质氧化,而浓硫酸本身还原成SO2。但是,冷的浓硫酸不能与较活泼的金属Fe和Al反应。原因是浓硫酸可以使Fe和Al的表面形成一层緻密的氧化物薄膜,阻止了里面的金属与浓硫酸继续反应,这种现象在化学上叫钝化。

由于浓硫酸有脱水性和强氧化性,我们往蔗糖上滴加浓硫酸,会看到蔗糖变黑并且体积膨胀。发生反应的化学方程式:

C12H22O11?????12C+11H2O

C+2 H2SO4=CO2↑+2SO2↑+2 H2O

产生的CO2 、SO2气体使蔗糖的体积膨胀。

又由于浓硫酸有吸水性,浓盐酸有挥发性,所以,往浓盐酸中滴加浓硫酸会产生大量酸雾,可用此法制得氯化氢气体。

③硝酸也是一种含氧酸,对应的酸酐是N2O5,而不是NO2。 纯净的硝酸是无色的液体,具有刺激性气味,能挥发。打开浓 6 浓H2SO4

硝酸的瓶盖在瓶口会产生白色酸雾。浓硝酸通常带黄色,而且硝酸越浓,颜色越深。这是因为硝酸具有不稳定性,光照或受热时分解产生红棕色的NO2气体,NO2又溶于硝酸溶液中而呈黄色。所以,实验室保存硝酸时要用棕色(避光)玻璃试剂瓶,贮存在黑暗低温的地方。硝酸又有很强的腐蚀性,保存硝酸的试剂瓶不能用橡胶塞,只能用玻璃塞。

除具有酸的通性外,不管是稀硝酸还是浓硝酸都具有强氧化性。硝酸能溶解除金和铂以外的所有金属。金属与硝酸反应时,金属被氧化成高价硝酸盐,浓硝酸还原成NO2,稀硝酸还原成NO。但是,不管是稀硝酸还是浓硝酸,与金属反应时都没有氢气产生。较活泼的金属铁和铝可在冷浓硝酸中钝化,冷浓硝酸同样可用铝槽车和铁罐车运输和贮存。硝酸不仅能氧化金属,也可氧化C、S、P等非金属。硝酸与Cu、C发生反应的化学方程式:

Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O

3Cu+8 HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O C+4HNO3(浓)?CO2↑+4NO2↑+2H2O

④磷酸是一种中等强度的三元酸,可以形成一种正盐和两种酸式盐。

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2、碱的通性

(1)碱溶液能跟酸碱指示剂起反应,紫色石蕊试液遇碱变蓝,无色酚酞试液遇碱变红。

(2)碱能跟酸性氧化物起反应生成盐和水。

(3)碱能跟酸起中和反应生成盐和水。

(4)碱能跟某些盐起反应生成新碱与新盐。

常见的碱有NaOH、KOH、Ca(OH)2、氨水等,它们各自具有一些特性。

①氢氧化钠(NaOH)俗名苛性钠、火碱、烧碱,这是因为它有强腐蚀性。NaOH是一种可溶性强碱。白色固体,极易溶于水,暴露在空气中易潮解,可用作碱性气体(如NH3)或中性气体(如H2、O2、CO等)的干燥剂。NaOH易与空气中

的CO2反应生成Na2CO3固体。NaOH溶液可以腐蚀玻璃,盛NaOH

溶液的试剂瓶不能用磨口的玻璃塞,只能用橡胶塞。 ②氢氧化钙(Ca(OH)2)是白色粉末,微溶于水,俗称熟石

灰或消石灰,其水溶液称为石灰水。Ca(OH)2也有腐蚀作

用。Ca(OH)2与CO2反应生成白色沉淀CaCO3,常用于检验

CO2。

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Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O

Ca(OH)2能跟Na2CO3反应生成NaOH,用于制取NaOH

Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH

③氨水(NH3·H2O)是一种可溶性弱碱,NH3溶于水可得氨水。

有刺激性气味,有挥发性。

此外,KOH、Ba(OH)2也是常见的可溶性强碱。

不溶的碱大多是弱碱,如:Fe(OH)3、Cu(OH)2等。他们

的共同性质是热稳定性差,受热易分解。

如:Cu(OH)2?CuO+H2O 2Fe(OH)3?Fe2O3+3H2O

3、盐的性质

(1) 盐跟某些金属反应生成新的金属和新的盐。例如: Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu

Cu+Hg(NO3)2=Cu(NO3)2+Hg

只有排在金属活动性顺序表前面的金属才能把排在后面的金属从它们的盐溶液里置换出来。

(2) 盐跟碱反应生成新碱与新盐。例如:

BaCl2+H2SO4=BaSO4↓+2HCl

(3) 盐跟碱反应生成新盐与新碱。例如:

MgSO4+2NaOH=Mg(OH)2↓+Na2SO4

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(4) 盐跟另一种盐反应生成两种新盐,例如:

2AgNO3+Na2CO3=Ag2CO3↓+2NaNO3

常见的盐有NaCl、Na2CO3、NaHCO3、CuSO4、KMnO4、铵盐等。它们的特性和重要用途如下:

①NaCl是食盐的主要成分。粗盐中除NaCl外,还有MgCl2、CaCl2等,这是粗盐在空气中易潮解的原因。

②Na2CO3俗名纯碱、苏打,是白色粉末状物质,易溶于水,其水溶液显碱性。自然界某些盐湖出产的Na2CO3俗称口碱。碳酸钠晶体的化学式为:Na2CO3·10H2O,在常温时在干燥的空气中易风化。

③NaHCO3是白色细小的固体,俗名小苏打,能溶于水,但溶解度比Na2CO3小,其水溶液显弱酸性。NaHCO3热稳定性差,受热易分解:

2NaHCO3?Na2CO3+CO2↑+H2O

不管是Na2CO3还是NaHCO3都可与酸反应产生CO2气体: Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O

NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O

利用上述反应可以制备CO2,也可鉴别CO32-或HCO3-离子。NaHCO3在医疗上用于治疗胃酸过多。

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④CuSO4是一种白色固体,能溶于水,其水溶液呈蓝色,硫酸铜晶体的化学式是CuSO4·5H2O是一种蓝色晶体,俗称胆矾或蓝矾。胆矾受热能失去结晶水,变为白色的CuSO4。

⑤铵盐是含有铵离子(NH4+)的盐。NH4Cl、(NH4)2SO4、NH4NO3、NH4HCO3等都属于铵盐。铵盐都可作氮肥,易溶于水。铵盐都能与碱反应产生NH3。NH3能使湿润的红色石蕊试纸变蓝,利用这一性质可检验含铵根离子(NH4+)的盐。同时要注意铵盐与碱性物质如石灰、草木灰(主要成分是K2CO3)混合使用,以免降低肥效。

⑥KMnO4是一种紫黑色的固体,易溶于水,其水溶液呈紫色,常用作消毒剂。

(三) 溶液的酸碱性与PH值的关系

1、酸碱度的表示方法

酸碱指示剂只能检验溶液是酸性还是碱性,用PH值可以表示溶液的酸碱性强弱程度,即表示溶液的酸碱度。

2、PH值与溶液酸碱性关系

PH值范围通常在0~14之间。

PH=7时,溶液呈中性

PH<7时,溶液呈酸性;PH值越小,溶液的酸性越强。 11

PH>7时,溶液呈碱性;PH值越大,溶液的碱性越强。

(四) 金属活动性顺序表的应用

1、金属活动性顺序表

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金属活动性由强逐渐减

2、金属活动性顺序表的应用

(1)位于金属活动性顺序表H前面的且生成的盐能溶于酸的金属能与稀硫酸、稀盐酸等反应置换出酸中的氢,产生氢气。例如:

Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑ Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑

但Cu、Ag、Hg等金属不能与盐酸、稀硫酸等酸反应,只能与浓硫酸、硝酸反应。Pb虽然位于H前,但由于PbSO4是不溶于水也不溶于酸的沉淀,Pb与H2SO4反应生成的少量PbSO4覆盖在Pb的表面,阻止了内部的Pb继续与H2SO4反应,因而反应很快就停止了。人们利用铅的这个特性,在硫酸厂就用铅管输送硫酸。

(2)金属跟水的置换反应

K、Ca、Na能与冷水剧烈反应,产生H2。例如:

12 KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu弱

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

Mg在加热的条件下与沸水反应生成H2。Al以后到H之前的金属只能从水蒸汽中置换出氢。

例如:Mg+2H2O(沸)=Mg(OH)2+H2↑

3Fe+4H2O(气)=Fe3O4+4H2↑

(3)金属与盐的置换反应

活动性强的金属一般能从活动性较弱的金属的盐溶液中置换出活动性较弱的金属。例如:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu

但极活泼的金属(如K、Ca、Na等)与其它金属的盐反应时,因其能与水剧烈反应,当它们与盐溶液反应时,首先是与水反应产生H2和对应的氢氧化物,然后是氢氧化物与盐发生复分解反应。所以不能从盐溶液中置换出金属。例如:

2Na+CuSO4+2H2O=Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑

6Na+2FeCl3+6H2O=2Fe(OH)3↓+6NaCl+3H2↑

(5)氢气在高温或加热的条件下,能把金属活动性顺序中Al后面的金属从它们的氧化物中置换出来。例如:

CuO+H2?Cu+H2O Fe3O4+4H2高温3Fe+4 H2O

(五) 单质、氧化物、酸、碱、盐的相互关系

1、相互关系图

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图中所列各类物质间的反应是由物质的主要性质决定的,而物质间能否发生反应,除主要取决于反应物本身的性质外,还受反应时外界条件的影响。

2、注意的问题

(1)碱性氧化物与水反应生成碱,只有可溶性碱才能由碱性氧化物直接与水反应制得。一些不溶性碱,如Cu(OH)2、Fe(OH)3等只能由盐跟碱反应制得。

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(2)盐与碱反应生成新盐和新碱,要求两种反应物必须能溶于水,而生成的新碱和新盐中至少有一种物质是不溶于水的或是气体。例如:

Al2(SO4)3+6NH3·H2O=2Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4 但CaCO3与NaOH不反应,K2SO4与NaOH不反应。

(3)盐与酸反应生成新盐与新酸的规律较多

①酸与盐反应,必须有一种是可溶的,反应物中也要有气体或沉淀生成。例如CuSO4与H2SO4不反应。

②强酸可与弱酸的盐反应生成强酸盐和弱酸。例如: BaCO3+2HCl=BaCl2+CO2↑+H2O

但是,酸与盐反应也有弱酸生成强酸的特例。这种反应能够进行必须满足生成的盐不仅不溶于水还要不溶于酸这一条件。例如: CuSO4+H2S=CuS↓+H2SO4

③高沸点难挥发性的酸可与低沸点易挥发性酸的盐反应,生成难挥发性酸的盐和挥发性酸。例如:

2NaCl+H2SO4(浓)?Na2SO4+2HCl↑

④盐和盐反应生成两种新盐,参加反应的两种盐必须可溶,且生成的两种盐中至少有一种是难溶于水的。例如:

AgNO3+NaCl=AgCl↓+NaNO3

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而KNO3与NaCl就不能反应。

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