普通化学/酸碱反应

概述

为了总结酸和碱的性质和行为，本章列举并解释了它们参与的各种化学反应。您可能希望在尝试本章之前复习 化学方程式 和 反应类型。

以下反应为净离子方程式。换句话说，旁观离子没有写出来。如果离子没有参与反应，它就会被简单地排除。旁观离子可以通过它们出现在反应物和产物双方的方程式中来找到。将其划掉，然后在没有它们的情况下重写方程式。当然，系数必须相等。

抵消旁观离子解释了净离子方程式的净。离子部分意味着溶解的化合物被写成离子而不是化合物。酸、碱和盐都是离子，因此如果它们已解离，则将它们写成单独的离子。

净离子方程式

• 可溶性盐被写成离子。

例如：Na⁺ + Cl^-

• 固体、液体和气体被写成化合物。

例如：NaCl_(s)、H₂O_(l)、HCl_(g)

• 强酸和强碱被写成离子（因为它们几乎完全解离）。

例如：H⁺ + NO₃^-

• 弱酸和弱碱被写成化合物（因为它们几乎不解离）。

例如：HNO₂

例如，碳酸氢钠 (NaHCO₃) 将被写成 Na⁺ 和 HCO₃^-，因为盐会解离，但碳酸氢根离子不会解离（它是一种弱酸）。

中和

当酸和碱反应时，它们会形成中性物质，通常是水和盐。

首先，让我们检查一下强酸与强碱的中和反应。

${\hbox{KOH}}+{\hbox{H}}^{+}+{\hbox{Cl}}^{-}$	将固体氢氧化钾加入到盐酸的水溶液中。注意，固体被写成化合物，但酸被写成离子，因为它会解离。
${\hbox{K}}^{+}+{\hbox{OH}}^{-}+{\hbox{H}}^{+}+{\hbox{Cl}}^{-}\to {\hbox{K}}^{+}+{\hbox{Cl}}^{-}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	氢离子会与氢氧根离子反应生成水。
${\hbox{H}}^{+}+{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	忽略旁观离子，这是净离子方程式。

现在，让我们看一些涉及弱酸和弱碱的例子。

${\hbox{PO}}_{4}^{3-}+3{\hbox{H}}^{+}\to {\hbox{H}}_{3}{\hbox{PO}}_{4}$	向磷酸钠溶液中加入过量的盐酸。磷酸是弱酸，因此磷酸根离子会与氢离子反应。结果是溶液中会有一些，但很少的氢离子，因此它比任何一个原始反应物更接近中性。
${\hbox{PO}}_{4}^{3-}+{\hbox{H}}^{+}\to {\hbox{H}}{\hbox{PO}}_{4}^{-2}$	将等摩尔量的磷酸钠和盐酸混合。注意这个反应与上一个反应的区别。
${\hbox{HCO}}_{3}^{-}+{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{CO}}_{3}^{-2}$	向碳酸氢钙溶液中加入强碱。（碳酸氢根离子是弱酸。）
${\hbox{HCO}}_{3}^{-}+{\hbox{H}}^{+}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{CO}}_{2}$	向碳酸氢钙溶液中加入强酸。会出现气泡。

许多反应会导致气泡或固体沉淀物的形成，使溶液变浑浊。最后一个等式引出了一个有趣的应用。许多岩石和矿物含有碳酸钙或碳酸氢钙。为了识别这些岩石，地质学家可以进行“酸性测试”。滴入一滴酸，如果出现气泡，则表明存在碳酸盐。

以下是更多中和反应的例子。

${\hbox{NH}}_{4}{\hbox{Cl}}+{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{NH}}_{3}+{\hbox{Cl}}^{-}$	将固体氯化铵晶体溶解到氢氧化钠溶液中。可以闻到氨的气味。
${\hbox{NH}}_{3}+{\hbox{H}}^{+}\to {\hbox{NH}}_{4}^{+}$	将氨气通入盐酸溶液中。这个反应本质上是上一个反应的逆反应。在那个反应中，铵离子与碱反应生成氨气。在这个反应中，氨气与酸反应生成铵离子。
${\hbox{NH}}_{3}+{\hbox{CH}}_{3}{\hbox{COOH}}\to {\hbox{NH}}_{4}^{+}+{\hbox{CH}}_{3}{\hbox{COO}}^{-}$	氨气（弱碱）与醋酸（也弱）反应。所得溶液几乎呈中性，但它会略微呈碱性，因为氨比醋酸更强。
${\hbox{H}}_{2}{\hbox{S}}+2{\hbox{OH}}^{-}\to 2{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{S}}^{2-}$	将硫化氢气体通入强碱中。
$2{\hbox{H}}^{+}+{\hbox{S}}^{2-}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{S}}$	在上述反应产物中加入强酸，会释放出硫化氢气体。

酸酐

酸酐 是一种不含水的物质。更准确地说，它是一种与水反应生成酸或碱的物质。酸酐通常以气体的形式存在，溶解在水中并与水反应生成酸或碱。它们也可以是与水反应的固体。

${\hbox{N}}_{2}{\hbox{O}}_{5}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to 2{\hbox{H}}^{+}+2{\hbox{NO}}_{3}^{-}$	将五氧化二氮气体通入水中，生成硝酸。
${\hbox{N}}_{2}{\hbox{O}}_{3}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to 2{\hbox{HNO}}_{2}$	将三氧化二氮与水混合，生成亚硝酸。

这两个方程式的主要区别在于，亚硝酸是弱酸，因此不会电离，而硝酸是强酸，会电离成离子。

以下是一些酸酐反应的例子。

${\hbox{K}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to 2{\hbox{K}}^{+}+2{\hbox{OH}}^{-}$	将固体氧化钾加入水中，生成强碱。
${\hbox{P}}_{2}{\hbox{O}}_{5}+3{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to 2{\hbox{H}}_{3}{\hbox{PO}}_{4}$	将五氧化二磷粉末加入水中，生成弱酸。

重要的是要记住哪些是强酸，哪些是弱酸。如有必要，请查看此页面。

例如，将二氧化硫气体（酸性酸酐）通入氢氧化钙溶液（碱性）中。

${\hbox{SO}}_{2}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{SO}}_{3}$	首先，确定酸酐与水的反应。
${\hbox{H}}_{2}{\hbox{SO}}_{3}+{\hbox{Ca}}({\hbox{OH}})_{2}\to {\hbox{CaSO}}_{3}+2{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	然后，确定酸和碱的反应。这是一个复分解反应。
${\hbox{SO}}_{2}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{SO}}_{3}+{\hbox{Ca}}({\hbox{OH}})_{2}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{SO}}_{3}+{\hbox{CaSO}}_{3}+2{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	将这两个反应加在一起。
${\hbox{SO}}_{2}+{\hbox{Ca}}^{2-}+2{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{CaSO}}_{3}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	抵消旁观者。此外，氢氧化钙应该被电离（但亚硫酸钙是固体沉淀物）。这是最终的净离子方程式。

以下是一些示例。

${\hbox{CaO}}+2{\hbox{H}}^{+}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{Ca}}^{2+}$	氧化钙晶体（碱性氧化物）被添加到强酸中。请注意，酸的种类无关紧要（硝酸、硫酸等），因为它很强，这个反应只需要氢离子。换句话说，强酸的阴离子是旁观者，没有写出来。
${\hbox{SO}}_{2}+{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{HSO}}_{3}^{-}$	过量的二氧化硫气体被鼓入稀的强碱溶液中。碱是限量试剂。
${\hbox{SO}}_{2}+2{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{SO}}_{3}^{-}$	二氧化硫气体被鼓入过量的碱性溶液中。

记住，水参与了这些反应，但如果它出现在方程的两边，就不会被写出来。

${\hbox{CaO}}+{\hbox{CO}}_{2}\to {\hbox{CaCO}}_{3}$	固体氧化钙（碱性氧化物）暴露于干冰气体（酸性氧化物）中。生成的固体是盐。
${\hbox{CaO}}+{\hbox{SO}}_{3}\to {\hbox{CaSO}}_{4}$	固体氧化钙暴露在三氧化硫气流中。生成的固体是中性盐。

水解

弱酸强碱盐在水中解离并反应生成 OH^-。强酸弱碱盐在水中解离并反应生成 H⁺。这个过程称为水解。

在第一个例子中，硝酸铝溶解在水中。

${\hbox{Al}}({\hbox{NO}}_{3})_{3}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{Al}}^{3+}+3{\hbox{NO}}_{3}^{-}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	首先，盐在水中解离。在这个反应中，不需要写 H2O。
${\hbox{Al}}^{3+}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{Al}}({\hbox{OH}})^{2+}+{\hbox{H}}^{+}$	现在，至少其中一种离子会与水反应。你知道硝酸是强酸，所以硝酸根离子不会从水中夺取 H+ 离子。相反，铝离子会与水反应，释放出一个氢离子。
${\hbox{Al}}({\hbox{NO}}_{3})_{3}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{Al}}({\hbox{OH}})^{2+}+{\hbox{H}}^{+}+3{\hbox{NO}}_{3}^{-}$	这是净离子方程式。所得溶液呈酸性。

溶液呈酸性不是因为硝酸是强酸，而是因为铝是弱碱。

这里有一个更简单的例子。

${\hbox{NaNO}}_{2}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{Na}}^{+}+{\hbox{NO}}_{2}^{-}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	首先，盐解离。同样，H2O 不需要写。
${\hbox{NO}}_{2}^{-}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{HNO}}_{2}+{\hbox{OH}}^{-}$	钠离子不会与水反应。即使它们确实反应，它们也会形成 NaOH，它是一种强碱，所以它会立即解离。相反，NO2 与水反应。作为弱酸的共轭碱，亚硝酸根离子会从水中接受一个质子，形成亚硝酸（弱酸）和氢氧根离子（碱性）。
${\hbox{NaNO}}_{2}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{Na}}^{+}+{\hbox{HNO}}_{2}+{\hbox{OH}}^{-}$	这是亚硝酸钠水解的净离子方程式。所得溶液呈碱性。

路易斯酸/碱

路易斯酸接受电子对。路易斯碱捐献电子对。它们一起反应并结合形成加合物。

路易斯酸/碱不需要水的存在。然而，H⁺ 可以被认为是路易斯酸，因为它接受电子对。OH^- 可以捐献电子对，使其成为路易斯碱。

${\hbox{BF}}_{3}+{\ddot {\hbox{N}}}{\hbox{H}}_{3}\to {\hbox{F}}_{3}{\hbox{B}}-{\hbox{NH}}_{3}$	三氟化硼（路易斯酸）暴露于氨（路易斯碱，如氮原子上的电子对所示）。电子对在氮和硼之间共享，形成键。（三氟化硼写成 F3B 只是为了演示 B-N 键。其结构没有改变。）
${\hbox{B}}_{2}{\hbox{H}}_{6}+2{\hbox{H}}^{-}\to 2{\hbox{BH}}_{4}^{-}$	乙硼烷接受来自 H- 的两个电子，形成路易斯加合物。

练习题

写出下列反应的净离子方程式。注意任何形成的固体沉淀或气泡。

1. 等摩尔浓度的磷酸氢二钠和氢氧化钾溶液混合。
2. 等摩尔浓度的磷酸氢二钠和盐酸溶液混合。
3. 过量的二氧化硫气体通入稀氢氧化钠溶液中。然后加入酸。
4. 氯化铝溶于水。
5. 氟化钠溶于水。然后加入强酸。
6. 固体氧化钙暴露于三氧化硫气流中。如果将所得化合物溶解，溶液是酸性、碱性还是中性？
7. 氯化氢气体通入硝酸银溶液中。
8. 氯化铵晶体溶解于水中。然后加入氢氧化钠。
9. 氢氧化钙晶体溶解于碳酸氢钠溶液中。
10. 磷化氢气体喷洒到三氯化铝碎石上。（提示：这些是路易斯酸/碱。）

练习题答案