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酸 根据斯万特·奥古斯特·阿伦尼乌斯的理论,酸(,有时用“HA”表示)是指当溶解在水中时,溶液中氢离子的浓度大于纯水中氢离子浓度的化合物。换句话说,酸性溶液的pH值小于水的pH值(25℃时为水的pH值是7)。酸一般呈酸味,但是品尝酸(尤其是高浓度的酸)是非常非常危险的。酸可以和碱发生中和作用,生成水和盐。酸可分为无机酸和有机酸两种。与酸相对的一种物质是碱。 酸的定义. 酸在化学中主要有以下三种定义: 其他指示剂: * 蓝色石蕊试纸:酸能令蓝色石蕊试纸(一种能显示酸性的纸张)变成红色。 * 甲基橙:当pH值是0至3.1,酸能令甲基橙由黄色变成红色;当pH值是3.1至4.4,酸能令甲基橙由黄色变成橙色。 * 酸基本上对酚酞不会起颜色变化,维持无色,但当pH值小于0时,酚酞的颜色会转变成橙红色;在pH为0至8.2时为无色透明;在pH为8.2至12时为粉红色;在pH为12以上为无色。 稀酸能与活泼金属单质(如钙、镁、铁、锌等)产生反应,生成盐和氢气。 稀酸 +金属→氢气 +盐 H2SO4 + Ca → H2↑ + CaSO4 H2SO4 + Mg → H2↑ + MgSO4 H2SO4 + Fe → H2↑ + FeSO4 H2SO4 + Zn → H2↑ + ZnSO4 2HCl + Ca → H2↑ + CaCl2 2HCl + Mg → H2↑ + MgCl2 2HCl + Fe → H2↑ + FeCl2 2HCl + Zn → H2↑ + ZnCl2 #重定向 *稀酸不会和铜、汞、银、铂、金等金属反应。稀硝酸和金属的反应比较特别,它会和金属产生氧化还原反应,生成一氧化氮NO(无色气体)而不会产生氢气(极稀的硝酸会和金属缓慢反应产生少量的氢气这点至今仍未被证实)。因此在工业中很少用硝酸直接与金属接触制备硝酸盐,多利用置换反应制造。 * 要注意的是金属单质铅Pb和稀酸(特别是硫酸H2SO4和盐酸HCl)的反应中,基于铅的活性较低,起初反应速度十分缓慢,而这反应还会在很短时间内停止。因为氯化铅PbCl2和硫酸铅PbSO4也是不水溶性的固体,它会覆盖在金属铅表面形成保护膜阻止了金属铅与酸反应,而令该反应逐渐停止。 *钾K和钠Na由于太过活跃,会和水产生危险的爆炸性反应,因此工业上不会利用此方法制备钾盐和钠盐。 * 铝虽然也是十分活跃,但它一暴露在空气中就会与空气中的氧气生成致密氧化物保护膜,也会阻止了之后酸和金属铝的接触反应,所以金属铝不在此列。铝能够与稀的强酸(如稀盐酸,稀硫酸等)进行反应,生成氢气和相应的铝盐。在常温下,铝在浓硝酸和浓硫酸中被钝化,不与它们反应,所以浓硝酸是用铝罐(可维持约180小时)运输的。 酸 +碱→盐 +水。主要是因为酸中的氢离子(H+)和碱中的氢氧根离子OH−结合成水(H2O),是复分解反应。 HCl + NaOH → H2O + NaCl H+ + OH− → H2O 酸 + 金属氧化物→水 + 盐 2H+ + O2− → H2O 2HCl + CuO → CuCl2 + H2O H2SO4 + CuO → CuSO4 + H2O 酸 +盐→新盐 +新酸(强酸→ 弱酸) 2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + H2O + CO2↑ H2SO4 + Ba(ClO3)2 → BaSO4 + 2HClO3 *和碳酸盐反应生成盐、二氧化碳和水 碳酸盐 +稀酸→盐 +二氧化碳 +水 Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 ↑+ H2O Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2↑ + H2O CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + CO2↑ + H2O * 和碳酸氢盐反应生成盐、二氧化碳和水 碳酸氢盐 +稀酸→盐 +二氧化碳 +水 NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2↑ + H2O 2NaHCO3 + H2SO4 → Na2SO4 + 2CO2↑+ 2H2O Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2↑ + 2H2O Ca(HCO3)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2CO2↑ + 2H2O 酸的分类. 依电离氢离子数目分类. 盐基度是一种酸的每个分子最多能电离出的氢离子的数目。 HCl → H+ + Cl − HNO3 → H+ + NO3− HNO2 → H+ + NO2− H2SO4 → 2H+ + SO42− H2SO3 → 2H+ + SO32− H2CO3 → 2H+ + CO32− H3PO4 → 3H+ + PO43− H8C6O7 → 3H+ + H5C6O73− 除一元酸以外的酸都称为二元酸或多元酸。 酸性与氢离子的关系. 所有酸在水溶液中,在特定条件下,可以产生可供化学反应的(水合)氢离子H3O+,从而表达出酸性。这包括两类情形: H3PO4 + H2O → H3O+ + H2PO4− 难溶酸如H4SiO4,其溶于水的分子亦可电离产生H3O+: H4SiO4 + H2O → H3O+ + H3SiO4− 电离产生的H3O+可与碱发生化学反应。当酸充分强时,电离产生的H3O+浓度大,可与活泼金属反应产生氢气,或与特定的盐发生复分解反应。 H3BO3 + 2H2O → H3O+ + B(OH)4− Al(OH)3 + 2H2O → H3O+ + Al(OH)4− 纯水电离产生的H3O+与OH-浓度相同。酸性物质溶于水的分子将以上述两类方式之一造成H3O+浓度上升,超过OH-浓度。酸溶液的H3O+离子浓度愈高,其酸度就愈高。 * 浓氢氯酸含35%氯化氢分子,浓度约为11M,是无色液体,具高度挥发性和腐蚀性。 * 浓硝酸含70%HNO3分子,浓度约为16M,是无色液体(但很多时候因有分解反应令浓硝酸溶有红棕色的二氧化氮),具高度挥发性,易分解出有毒的二氧化氮气体,硝酸有极强氧化性,因此造成极强腐蚀性。自我分解反应如下:4 HNO3 → 2 H2O + 4 NO2 + O2 * 浓硫酸含98%硫酸分子,浓度约为18M,是无色油状液体,不具挥发性,但具极强的腐蚀性、氧化性和脱水性。 强酸. 强酸是指在水溶液中完全电离的酸(硫酸这类多元酸不在此限),或以酸度系数的概念理解,则指p"K"a值< −1.74的酸。这个值可以理解为在标准状况下,氢离子的浓度等同于加入强酸后的溶液浓度。 大部分强酸均是腐蚀性的,但当中亦有例外。例如超强酸当中的碳硼烷酸(H(CHB11Cl11)),其酸性比硫酸高百万倍,但却完全不带有腐蚀性;相反,弱酸当中的氢氟酸(HF)却带有高度腐蚀性。它能够溶解极大部分的金属氧化物,诸如玻璃及除了铱以外的所有金属。 强酸在水溶液中完全离解的化学方程式如下所示: HA(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + A−(aq) 一般酸不会在水中完全离解,因此多以化学平衡而不是完全反应的形式表示,弱酸就是指不完全离解的酸。用酸度系数作为区别强酸与弱酸的作用并不明显(因为数值差距较难理解及不明显),因此用方程式去区别两者更为合理。 由于强酸在水溶液中完全离解,因此氢离子在水中的浓度等同于将该酸带到其他的溶液当中: [HA] = [H+] = [A−];pH = −log[H+] 酸性强度的判别. 除了透过计算pH值来衡量不同酸的强度外,透过观察以下的性质也可以判别出不同类别的酸的强度: 酸度. 酸度,一种新的酸碱度定义,可以取代过去一直沿用的pH表示酸碱度。此一定义首先由荷兰化学家亨克·凡·鲁贝克(Henk van Lubeck)在美国《化学教育杂志》上提出。 formula_1 式中formula_2和formula_3分别代表氢离子和氢氧根离子的物质的量浓度。 与pH相比,它有如下3个明显的优势: 此外,AG的值域是R,而传统上pH的值域是0~14。 常见强酸. (从强到弱) 超强酸. 超强酸通常指酸性比纯硫酸更强的酸。简单的超强酸包括三氟甲磺酸(CF3SO3H)和氟磺酸(FSO3H),它们的酸性都是硫酸的上千倍。在更多的情况下,超强酸不是单一纯净物而是几种化合物的混合物。 超强酸这一术语由詹姆斯·布莱恩特·科南特(James Bryant Conant)于1927年提出。乔治·安德鲁·欧拉因其在碳正离子和超强酸方面的研究获得1994年诺贝尔化学奖。 常见的超强酸(从最强到最弱): ;注:pKa值,哈米特酸度函数 食物中的酸. 所有存在于天然食物中的有机酸都是弱酸。
酸
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