普通化學/酸鹼反應

概述

為了總結酸和鹼的性質和行為，本章列舉並解釋了它們參與的各種化學反應。您可能希望在嘗試本章之前複習 化學方程式 和 反應型別。

以下反應為淨離子方程式。換句話說，旁觀離子沒有寫出來。如果離子沒有參與反應，它就會被簡單地排除。旁觀離子可以透過它們出現在反應物和產物雙方的方程式中來找到。將其劃掉，然後在沒有它們的情況下重寫方程式。當然，係數必須相等。

抵消旁觀離子解釋了淨離子方程式的淨。離子部分意味著溶解的化合物被寫成離子而不是化合物。酸、鹼和鹽都是離子，因此如果它們已解離，則將它們寫成單獨的離子。

淨離子方程式

• 可溶性鹽被寫成離子。

例如：Na⁺ + Cl^-

• 固體、液體和氣體被寫成化合物。

例如：NaCl_(s)、H₂O_(l)、HCl_(g)

• 強酸和強鹼被寫成離子（因為它們幾乎完全解離）。

例如：H⁺ + NO₃^-

• 弱酸和弱鹼被寫成化合物（因為它們幾乎不解離）。

例如：HNO₂

例如，碳酸氫鈉 (NaHCO₃) 將被寫成 Na⁺ 和 HCO₃^-，因為鹽會解離，但碳酸氫根離子不會解離（它是一種弱酸）。

中和

當酸和鹼反應時，它們會形成中性物質，通常是水和鹽。

首先，讓我們檢查一下強酸與強鹼的中和反應。

${\hbox{KOH}}+{\hbox{H}}^{+}+{\hbox{Cl}}^{-}$	將固體氫氧化鉀加入到鹽酸的水溶液中。注意，固體被寫成化合物，但酸被寫成離子，因為它會解離。
${\hbox{K}}^{+}+{\hbox{OH}}^{-}+{\hbox{H}}^{+}+{\hbox{Cl}}^{-}\to {\hbox{K}}^{+}+{\hbox{Cl}}^{-}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	氫離子會與氫氧根離子反應生成水。
${\hbox{H}}^{+}+{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	忽略旁觀離子，這是淨離子方程式。

現在，讓我們看一些涉及弱酸和弱鹼的例子。

${\hbox{PO}}_{4}^{3-}+3{\hbox{H}}^{+}\to {\hbox{H}}_{3}{\hbox{PO}}_{4}$	向磷酸鈉溶液中加入過量的鹽酸。磷酸是弱酸，因此磷酸根離子會與氫離子反應。結果是溶液中會有一些，但很少的氫離子，因此它比任何一個原始反應物更接近中性。
${\hbox{PO}}_{4}^{3-}+{\hbox{H}}^{+}\to {\hbox{H}}{\hbox{PO}}_{4}^{-2}$	將等摩爾量的磷酸鈉和鹽酸混合。注意這個反應與上一個反應的區別。
${\hbox{HCO}}_{3}^{-}+{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{CO}}_{3}^{-2}$	向碳酸氫鈣溶液中加入強鹼。（碳酸氫根離子是弱酸。）
${\hbox{HCO}}_{3}^{-}+{\hbox{H}}^{+}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{CO}}_{2}$	向碳酸氫鈣溶液中加入強酸。會出現氣泡。

許多反應會導致氣泡或固體沉澱物的形成，使溶液變渾濁。最後一個等式引出了一個有趣的應用。許多岩石和礦物含有碳酸鈣或碳酸氫鈣。為了識別這些岩石，地質學家可以進行“酸性測試”。滴入一滴酸，如果出現氣泡，則表明存在碳酸鹽。

以下是更多中和反應的例子。

${\hbox{NH}}_{4}{\hbox{Cl}}+{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{NH}}_{3}+{\hbox{Cl}}^{-}$	將固體氯化銨晶體溶解到氫氧化鈉溶液中。可以聞到氨的氣味。
${\hbox{NH}}_{3}+{\hbox{H}}^{+}\to {\hbox{NH}}_{4}^{+}$	將氨氣通入鹽酸溶液中。這個反應本質上是上一個反應的逆反應。在那個反應中，銨離子與鹼反應生成氨氣。在這個反應中，氨氣與酸反應生成銨離子。
${\hbox{NH}}_{3}+{\hbox{CH}}_{3}{\hbox{COOH}}\to {\hbox{NH}}_{4}^{+}+{\hbox{CH}}_{3}{\hbox{COO}}^{-}$	氨氣（弱鹼）與醋酸（也弱）反應。所得溶液幾乎呈中性，但它會略微呈鹼性，因為氨比醋酸更強。
${\hbox{H}}_{2}{\hbox{S}}+2{\hbox{OH}}^{-}\to 2{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{S}}^{2-}$	將硫化氫氣體通入強鹼中。
$2{\hbox{H}}^{+}+{\hbox{S}}^{2-}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{S}}$	在上述反應產物中加入強酸，會釋放出硫化氫氣體。

酸酐

酸酐 是一種不含水的物質。更準確地說，它是一種與水反應生成酸或鹼的物質。酸酐通常以氣體的形式存在，溶解在水中並與水反應生成酸或鹼。它們也可以是與水反應的固體。

${\hbox{N}}_{2}{\hbox{O}}_{5}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to 2{\hbox{H}}^{+}+2{\hbox{NO}}_{3}^{-}$	將五氧化二氮氣體通入水中，生成硝酸。
${\hbox{N}}_{2}{\hbox{O}}_{3}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to 2{\hbox{HNO}}_{2}$	將三氧化二氮與水混合，生成亞硝酸。

這兩個方程式的主要區別在於，亞硝酸是弱酸，因此不會電離，而硝酸是強酸，會電離成離子。

以下是一些酸酐反應的例子。

${\hbox{K}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to 2{\hbox{K}}^{+}+2{\hbox{OH}}^{-}$	將固體氧化鉀加入水中，生成強鹼。
${\hbox{P}}_{2}{\hbox{O}}_{5}+3{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to 2{\hbox{H}}_{3}{\hbox{PO}}_{4}$	將五氧化二磷粉末加入水中，生成弱酸。

重要的是要記住哪些是強酸，哪些是弱酸。如有必要，請檢視此頁面。

例如，將二氧化硫氣體（酸性酸酐）通入氫氧化鈣溶液（鹼性）中。

${\hbox{SO}}_{2}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{SO}}_{3}$	首先，確定酸酐與水的反應。
${\hbox{H}}_{2}{\hbox{SO}}_{3}+{\hbox{Ca}}({\hbox{OH}})_{2}\to {\hbox{CaSO}}_{3}+2{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	然後，確定酸和鹼的反應。這是一個複分解反應。
${\hbox{SO}}_{2}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{SO}}_{3}+{\hbox{Ca}}({\hbox{OH}})_{2}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{SO}}_{3}+{\hbox{CaSO}}_{3}+2{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	將這兩個反應加在一起。
${\hbox{SO}}_{2}+{\hbox{Ca}}^{2-}+2{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{CaSO}}_{3}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	抵消旁觀者。此外，氫氧化鈣應該被電離（但亞硫酸鈣是固體沉澱物）。這是最終的淨離子方程式。

以下是一些示例。

${\hbox{CaO}}+2{\hbox{H}}^{+}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{Ca}}^{2+}$	氧化鈣晶體（鹼性氧化物）被新增到強酸中。請注意，酸的種類無關緊要（硝酸、硫酸等），因為它很強，這個反應只需要氫離子。換句話說，強酸的陰離子是旁觀者，沒有寫出來。
${\hbox{SO}}_{2}+{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{HSO}}_{3}^{-}$	過量的二氧化硫氣體被鼓入稀的強鹼溶液中。鹼是限量試劑。
${\hbox{SO}}_{2}+2{\hbox{OH}}^{-}\to {\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+{\hbox{SO}}_{3}^{-}$	二氧化硫氣體被鼓入過量的鹼性溶液中。

記住，水參與了這些反應，但如果它出現在方程的兩邊，就不會被寫出來。

${\hbox{CaO}}+{\hbox{CO}}_{2}\to {\hbox{CaCO}}_{3}$	固體氧化鈣（鹼性氧化物）暴露於乾冰氣體（酸性氧化物）中。生成的固體是鹽。
${\hbox{CaO}}+{\hbox{SO}}_{3}\to {\hbox{CaSO}}_{4}$	固體氧化鈣暴露在三氧化硫氣流中。生成的固體是中性鹽。

水解

弱酸強鹼鹽在水中解離並反應生成 OH^-。強酸弱鹼鹽在水中解離並反應生成 H⁺。這個過程稱為水解。

在第一個例子中，硝酸鋁溶解在水中。

${\hbox{Al}}({\hbox{NO}}_{3})_{3}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{Al}}^{3+}+3{\hbox{NO}}_{3}^{-}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	首先，鹽在水中解離。在這個反應中，不需要寫 H2O。
${\hbox{Al}}^{3+}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{Al}}({\hbox{OH}})^{2+}+{\hbox{H}}^{+}$	現在，至少其中一種離子會與水反應。你知道硝酸是強酸，所以硝酸根離子不會從水中奪取 H+ 離子。相反，鋁離子會與水反應，釋放出一個氫離子。
${\hbox{Al}}({\hbox{NO}}_{3})_{3}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{Al}}({\hbox{OH}})^{2+}+{\hbox{H}}^{+}+3{\hbox{NO}}_{3}^{-}$	這是淨離子方程式。所得溶液呈酸性。

溶液呈酸性不是因為硝酸是強酸，而是因為鋁是弱鹼。

這裡有一個更簡單的例子。

${\hbox{NaNO}}_{2}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{Na}}^{+}+{\hbox{NO}}_{2}^{-}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}$	首先，鹽解離。同樣，H2O 不需要寫。
${\hbox{NO}}_{2}^{-}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{HNO}}_{2}+{\hbox{OH}}^{-}$	鈉離子不會與水反應。即使它們確實反應，它們也會形成 NaOH，它是一種強鹼，所以它會立即解離。相反，NO2 與水反應。作為弱酸的共軛鹼，亞硝酸根離子會從水中接受一個質子，形成亞硝酸（弱酸）和氫氧根離子（鹼性）。
${\hbox{NaNO}}_{2}+{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\to {\hbox{Na}}^{+}+{\hbox{HNO}}_{2}+{\hbox{OH}}^{-}$	這是亞硝酸鈉水解的淨離子方程式。所得溶液呈鹼性。

路易斯酸/鹼

路易斯酸接受電子對。路易斯鹼捐獻電子對。它們一起反應並結合形成加合物。

路易斯酸/鹼不需要水的存在。然而，H⁺ 可以被認為是路易斯酸，因為它接受電子對。OH^- 可以捐獻電子對，使其成為路易斯鹼。

${\hbox{BF}}_{3}+{\ddot {\hbox{N}}}{\hbox{H}}_{3}\to {\hbox{F}}_{3}{\hbox{B}}-{\hbox{NH}}_{3}$	三氟化硼（路易斯酸）暴露於氨（路易斯鹼，如氮原子上的電子對所示）。電子對在氮和硼之間共享，形成鍵。（三氟化硼寫成 F3B 只是為了演示 B-N 鍵。其結構沒有改變。）
${\hbox{B}}_{2}{\hbox{H}}_{6}+2{\hbox{H}}^{-}\to 2{\hbox{BH}}_{4}^{-}$	乙硼烷接受來自 H- 的兩個電子，形成路易斯加合物。

練習題

寫出下列反應的淨離子方程式。注意任何形成的固體沉澱或氣泡。

1. 等摩爾濃度的磷酸氫二鈉和氫氧化鉀溶液混合。
2. 等摩爾濃度的磷酸氫二鈉和鹽酸溶液混合。
3. 過量的二氧化硫氣體通入稀氫氧化鈉溶液中。然後加入酸。
4. 氯化鋁溶於水。
5. 氟化鈉溶於水。然後加入強酸。
6. 固體氧化鈣暴露於三氧化硫氣流中。如果將所得化合物溶解，溶液是酸性、鹼性還是中性？
7. 氯化氫氣體通入硝酸銀溶液中。
8. 氯化銨晶體溶解於水中。然後加入氫氧化鈉。
9. 氫氧化鈣晶體溶解於碳酸氫鈉溶液中。
10. 磷化氫氣體噴灑到三氯化鋁碎石上。（提示：這些是路易斯酸/鹼。）

練習題答案