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4.12: 酸、碱与中和反应
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Acids, Bases and Neutralization Reactions
 
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4.12: 酸、碱与中和反应

酸碱反应是一种氢离子H + 从一种化学物质转移到另一种化学物质的反应。这种反应对于许多自然和技术过程都至关重要,从细胞或湖泊和海洋内部的化学转化到工业规模生产的化肥,药品和其他对社会至关重要的物质,都具有重要意义。

有几种定义酸的方法。在水溶液中,酸是一种可溶解产生氢离子的物质。

“

这是酸的阿伦尼乌斯定义,以瑞典化学家斯万特·阿伦尼乌斯(Svante Arrhenius,1859– 1927)命名。用符号H + 表示的氢离子称为质子。在溶液中,质子通过氧上的孤对与水分子化学结合,形成水合氢离子H 3 O +

“

将酸离子化的化学方程式写为

“

以这种方式与水完全反应的酸称为强酸。 HCl,HNO 3 和HBr就是几个例子。

日常生活中遇到的大多数酸都是弱酸。水果中的柠檬酸,醋中的乙酸和牛奶中的乳酸是几个例子。弱酸的一个常见例子是乙酸,它是食用醋中的主要成分。在典型条件下溶于水时,只有约1%的乙酸分子以离子形式出现,即CH 3 CO 2 − 。 

“

在上式中使用双箭头表示该过程的部分反应。

碱是一种溶于水的物质,可产生氢氧根离子OH。最常见的碱是由碱金属或碱土金属阳离子(第1和2组)与氢氧根离子结合而成的离子化合物,例如NaOH和Ca(OH) 2 。与前面讨论的酸化合物不同,这些化合物不会与水发生化学反应,因此不会与水发生化学反应。相反,它们溶解并解离,将氢氧离子直接释放到溶液中。例如,KOH和Ba(OH) 2 溶解在水中并完全解离以生成阳离子(分别为K + 和Ba 2 + )和氢氧根离子OH。这些碱以及在水中完全分解的其他氢氧化物被认为是强碱。

以氢氧化钠在水中的溶解为例:

“

该等式证实了氢氧化钠是碱。当溶解在水中时,NaOH会解离,生成Na + 和OH + 离子。对于任何其他包含氢氧根离子的离子化合物也是如此。由于离子化合物在典型条件下溶于水时,离解过程基本完成,因此NaOH和其他离子氢氧化物均归为强碱。

与离子型氢氧化物不同,某些化合物通过与水分子发生化学反应溶解时会生成氢氧根离子。在所有情况下,这些化合物仅发生部分反应,因此被列为弱碱。这些类型的化合物在自然界中也很丰富,并且是各种技术中的重要商品。例如,全球弱碱氨的生产通常每年远远超过100公吨,因为它被广泛用作农业肥料,其他化合物的化学合成原料以及家用清洁剂中的活性成分。氨溶解在水中后会发生部分反应,产生氢氧根离子,如下所示:

“

顾名思义,这是一种酸碱反应,涉及H + 离子从水分子到氨分子的转移。在典型条件下,只有约1%的溶解氨以NH 4 + 离子的形式存在。

中和反应是酸碱反应的一种特殊类型,其中反应物是酸和碱(而不是水),产物通常是盐和水:

”

为说明中和反应,请考虑摄入典型的抗酸剂(例如氧化镁牛奶)(固体Mg(OH) 2 的水悬浮液)以缓解与胃酸过多相关的症状时发生的情况(HCl):

“

请注意,除水外,该反应还会生成盐,氯化镁。酸(强或弱)中的H + aq )与OH − aq )(或由弱碱与水反应生成)形成H 2 O( l )。例如,HCl(强酸)和NaOH(强碱)的水溶液反应如下:

“ HCl和NaOH都经历100%电离。因此,完整的离子方程式可写为:

“

Cl -和Na + 被称为旁观者离子,它们相互抵消,给出的净离子方程为:

“

本文改编自 OpenStax 化学2e,第4.2节:对化学反应进行分类。

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Acids Bases Neutralization Reactions Stomach Acid Acid Reflux Alkaline Food Antacid Acid-base Reaction Hydrogen Ions Protons Hydronium Ions Nitric Acid Hydrochloric Acid Sulfuric Acid Phosphoric Acid Monoprotic Acids Polyprotic Acids Diprotic Acids Triprotic Acids Hydroxide Ions Sodium Hydroxide Potassium Hydroxide Calcium Hydroxide
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