酸和盐基:酸和盐基的性质

基础

酸的水溶液含氢离子,能与活泼金属反应出氢气、与碳酸盐反应出二氧化碳;盐基能与酸反应,可溶者称为碱;指示剂和 pH 标度可辨酸碱,强弱看离解程度,与浓稀无关。

适合:中五化学 · 单元:酸和盐基 · 建议学习路径第 4/6 课

学完呢课,你会识:
  • 酸溶于水离解出氢离子 H⁺(aq);碱离解出氢氧离子 OH⁻(aq);盐基泛指与酸反应的物质,可溶者为碱
  • 酸加氢前金属→盐+氢气;酸加碳酸盐→盐+水+CO₂;酸加金属氧化物/氢氧化物→盐+水
  • 二氧化碳的检验:通入石灰水变乳浊
文体:科学知识说明文有声朗读

文体小知识:科学知识说明文——从厨房与实验室的例子说明酸和盐基的性质、三类典型反应、指示剂与 pH 标度,并分清强弱与浓稀。

化学Chemistry
读呢课前,你应该识: 金属:活动序与金属的提取

§课文原文 Passage

1柠檬的酸味来自柠檬酸,醋的酸味来自乙酸,胃液中则有帮助消化的氢氯酸;实验室常用的酸有氢氯酸、硫酸和硝酸。酸溶于水时离解出氢离子,酸的各项性质正是氢离子的表现;干燥的氢氯酸气体不显酸性,要溶于水才能离解出氢离子,令蓝色石蕊试纸变红,可见水在显示酸性时担当重要角色。

2酸的典型反应有三类:与排在氢之前的活泼金属如锌和镁反应,生成盐和氢气;与大理石等碳酸盐反应,生成盐、水和二氧化碳,把生成的气体通入石灰水,石灰水变乳浊;与金属氧化物或金属氢氧化物反应,生成盐和水。作答时务必分清:酸加金属出氢气,酸加碳酸盐才出二氧化碳,两者不可混淆。

3与酸相对的是盐基,泛指能与酸反应的物质,常见有金属氧化物、金属氢氧化物和碳酸盐;其中可溶于水并离解出氢氧离子的,特称为碱,例如氢氧化钠和氨水。氢氧化钠是通渠剂的主要成分,稀氨水则见于玻璃清洁剂。浓酸和浓碱均有腐蚀性,取用时须戴护目镜;若溅到皮肤,应立即用大量清水冲洗。

4辨别酸碱靠指示剂:石蕊在酸中变红、在碱中变蓝;酚酞在酸中无色、在碱中呈粉红色;甲基橙在酸中呈红色、在碱中呈黄色。pH 标度由 0 至 14,小于 7 为酸性,大于 7 为碱性,可用 pH 计或通用指示剂量度。此外须分清强弱与浓稀:强酸在水中完全离解,弱酸如乙酸只部分离解;浓稀只谈浓度高低,强度与浓度互不相干。

1重点摘要 Summary

酸的水溶液含氢离子,能与活泼金属反应出氢气、与碳酸盐反应出二氧化碳;盐基能与酸反应,可溶者称为碱;指示剂和 pH 标度可辨酸碱,强弱看离解程度,与浓稀无关。

2生字卡 Vocabulary

a
acid酸

溶于水时离解出氢离子的物质,水溶液 pH 小于 7,令蓝石蕊变红。

b
base盐基

能与酸反应的物质,常见为金属氧化物、金属氢氧化物和碳酸盐。

a
alkali碱

可溶于水的盐基,水溶液含氢氧离子,令红石蕊变蓝,如氢氧化钠。

h
hydrogen ion氢离子

酸在水中离解出的 H⁺(aq),是酸各项性质的来源。

h
hydroxide ion氢氧离子

碱在水中离解出的 OH⁻(aq),是碱各项性质的来源。

i
indicator指示剂

在不同酸碱性的溶液中呈现不同颜色的染料,如石蕊、酚酞和甲基橙。

l
litmus石蕊

常用指示剂:在酸中变红,在碱中变蓝。

p
pH scalepH 标度

由 0 至 14 表示溶液酸碱度的标度:小于 7 为酸,大于 7 为碱,7 为中性。

s
strong acid强酸

在水中完全离解的酸,如氢氯酸;与只部分离解的弱酸相对。

s
sodium hydrogencarbonate碳酸氢钠

梳打粉的化学名称,属盐基,与酸反应放出二氧化碳,用于烘焙和中和。

3逐步讲解 Steps

  1. 第一步:酸的共同身份——氢离子氢氯酸、硫酸、硝酸和乙酸都属于酸,因为它们溶于水时都离解出氢离子。举个例子:干燥的氢氯酸气体遇干燥的石蕊试纸毫不变色,一旦溶于水,试纸立即转红,可见酸的性质须有水才能显现——氢离子以水合形式存在,写作 H⁺(aq)。初中学过的酸味、腐蚀性、令石蕊变红,其实全是氢离子的功劳,这个结论是本课一切反应的出发点。
  2. 第二步:酸加活泼金属——盐和氢气排在活动序氢之前的金属,能把酸中的氢离子赶下水变成氢气。以锌与稀氢氯酸为例:Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂,锌粒表面咕咕冒泡,泡沫便是氢气。镁与稀硫酸反应更猛烈:Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂。留意铜、银排在氢之后,与稀酸毫无反应,所以实验室不能用铜制氢。写这类反应式时,盐的名称由金属加酸根组成,例如锌加氢氯酸得氯化锌。
  3. 第三步:酸加碳酸盐——盐、水和二氧化碳碳酸盐与酸反应必产生二氧化碳。以大理石(主要成分碳酸钙)与稀氢氯酸为例:CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂,固体逐渐溶解并冒出气泡。检验气体的标准做法是把气体通入石灰水,石灰水变乳浊即是二氧化碳。举个例子:厨房里把醋倒在梳打粉(碳酸氢钠)上,滋滋冒泡的正是二氧化碳,两种日常物料相遇便完成一次标准的酸加碳酸盐反应,焗蛋糕的松发也靠它。
  4. 第四步:酸加金属氧化物或氢氧化物——盐和水金属氧化物和金属氢氧化物都是盐基,与酸反应生成盐和水,不会放出气体。以稀硫酸除去铁锈为例:氧化铁与硫酸反应生成硫酸铁(III)和水,锈迹消失、溶液转黄;再如氢氧化铜(II)与稀硫酸反应:Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O,蓝色固体溶解成蓝色溶液。这类反应正是下一课中和作用的一部分,工业上用酸除锈、除水垢,都循这条路线。
  5. 第五步:盐基与碱的分别盐基是能与酸反应的物质的统称,碱则是其中可溶于水并离解出氢氧离子的一员。举个例子:氢氧化钠溶于水完全离解出 Na⁺ 和 OH⁻,是典型的碱,通渠剂的主要成分;氨水溶于水产生氢氧离子,也是碱,用于玻璃清洁剂;反观氧化铜(II)不溶于水,只能与酸反应,是盐基却不是碱。碱的性质——滑腻、苦涩、令红石蕊变蓝、令酚酞变粉红——同样源于氢氧离子,答题时点明 OH⁻(aq) 便可与酸的 H⁺(aq) 呼应。
  6. 第六步:指示剂与 pH 标度指示剂是分辨酸碱的颜色密码:石蕊酸红碱蓝;酚酞酸中无色、碱中粉红,最适合滴定;甲基橙酸红碱黄。要读出酸碱程度,用 pH 标度:pH 小于 7 为酸,等于 7 为中性,大于 7 为碱。举个例子:柠檬汁 pH 约 2.3,纯水 pH 约 7,梳打粉溶液 pH 约 8.5,通渠剂可达 14。量度可用 pH 计或通用指示剂对色卡,pH 计读数精确至小数,实验题中常要求写出读数与颜色变化两项。
  7. 第七步:强弱与浓稀是两把尺强弱描述离解程度,浓稀描述浓度高低,两者互不相干。氢氯酸是强酸,溶于水完全离解;乙酸是弱酸,同样溶于水却只有小部分离解。举个例子:0.1 M 氢氯酸的氢离子浓度远高于 2 M 乙酸,可见稀的强酸可能比浓的弱酸更「酸」。同理氢氧化钠是强碱,氨水是弱碱。这条界线在 DSE 常考:比较同 pH 的强酸与弱酸、或解释弱酸反应较慢,都要用离解程度作答,切勿把浓淡与强弱混为一谈。

4图解 Diagrams

pH 标度:酸 ← 7 中性 → 碱01234567891011121314酸性 acidic(H⁺ 多)中性 neutral碱性 alkaline(OH⁻ 多)胃酸 1.5 · 柠檬汁 2.4纯水 7皂液 9 · 氨水 11.5指示剂 indicator:甲基橙(红→黄)酚酞(无→粉红,pH>8.2)pH = −log[H⁺]:每差 1 个 pH 单位,氢离子浓度差 10 倍
图 1:pH 标度与指示剂

5例题示范 Example

探究情境:同学从厨房取得柠檬汁和梳打粉(碳酸氢钠),回实验室用 pH 计量得柠檬汁 pH 约 2.3、梳打粉溶液 pH 约 8.5。试解答:一、判断两者的酸碱性并指出所含的物质类别;二、写出稀氢氯酸与锌反应的化学反应式;三、写出稀氢氯酸与碳酸钙反应的化学反应式,并说明如何检验生成的气体。

  1. 判断酸碱性:柠檬汁 pH 2.3 小于 7,属酸性,含柠檬酸(酸);梳打粉溶液 pH 8.5 大于 7,属碱性,碳酸氢钠属盐基
  2. 酸加金属:锌与稀氢氯酸反应,写出 Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂,检查锌、氢、氯的原子数都平冲
  3. 酸加碳酸盐:碳酸钙与稀氢氯酸反应,写出 CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂
  4. 检验气体:把生成的气体通入石灰水,石灰水变乳浊,证明是二氧化碳
  5. 答案:柠檬汁 pH 约 2.3,小于 7,属酸性,所含的柠檬酸是酸;梳打粉溶液 pH 约 8.5,大于 7,属碱性,碳酸氢钠是盐基。稀氢氯酸与锌反应:Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂,生成氯化锌和氢气。稀氢氯酸与碳酸钙反应:CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂,生成氯化钙、水和二氧化碳;把气体通入石灰水,石灰水变乳浊,即证明生成的气体是二氧化碳。

6常见错误 Mistakes

✗ 认为铜与稀氢氯酸反应会放出氢气。
✓ 铜排在活动序氢之后,不与稀氢氯酸反应;能置换出氢的是氢前的活泼金属。
✗ 写酸与金属反应的生成物时写成盐和二氧化碳。
✓ 酸加活泼金属生成盐和氢气;酸加碳酸盐才生成盐、水和二氧化碳。
✗ 把盐基和碱当成完全同义,认为氧化铜(II)是碱。
✓ 碱是可溶于水的盐基;氧化铜(II)不溶于水,是盐基但不是碱。
✗ 认为 2 M 的乙酸必定比 0.1 M 的氢氯酸酸性更强。
✓ 混淆了浓度与强度:乙酸是弱酸,只部分离解;氢氯酸是强酸,完全离解。
✗ 描述酚酞在酸性溶液中变红。
✓ 酚酞在酸中无色,在碱中才呈粉红色;酸中变红的描述错了。

75 题快测 Quick check

Q1各种酸的水溶液共同含有哪种离子?

Q2写出稀硫酸与锌反应的化学反应式。

Q3大理石与稀氢氯酸反应生成哪三种产物?

Q4怎样检验一瓶气体是否二氧化碳?

Q5梳打粉溶液的 pH 约 8.5,属酸性还是碱性?其主要成分属于哪类物质?

8重点回顾 Recap

  • 酸溶于水离解出氢离子 H⁺(aq);碱离解出氢氧离子 OH⁻(aq);盐基泛指与酸反应的物质,可溶者为碱
  • 酸加氢前金属→盐+氢气;酸加碳酸盐→盐+水+CO₂;酸加金属氧化物/氢氧化物→盐+水
  • 二氧化碳的检验:通入石灰水变乳浊
  • 指示剂:石蕊酸红碱蓝、酚酞酸无色碱粉红、甲基橙酸红碱黄;pH 小于 7 酸、大于 7 碱
  • 强弱看离解程度(氢氯酸强、乙酸弱),浓稀看浓度,两把尺互不相干

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