化学反应：酸与碱的反应机制详解

不管是数学模型还是风力发电厂的实际观测都表明风力发电机的巨大叶片与当地的空气作用,将改变当地的气象．实验数据证实了风力发电机确实会将热量和动力输送给下面的空气,尤其是在夜间,人们通常认为可持续能源的利用是免费的,其实不然,所有的消费行为都是要付出代价的．

知能概述

酸与碱作用生成盐和水的反应叫作中和反应,其实质是H＋＋OH－H2O,中和反应是放热反应．

由金属离子(或铵根离子)和酸根离子构成的化合物叫作盐,盐在水溶液能解离出金属离子和酸根离子,例如:

溶液酸碱度的表示方法——pH,测定溶液pH最简单的方法是使用pH试纸．

问题解决

例1　填写实验报告．

pH的范围在0～14,酸或酸性溶液pH＜7,碱或碱性溶液pH＞7,中性溶液pH＝7．

续表

(广西壮族自治区南宁市中考题)

解题思路　溶液pH测定结果是否准确与环境有很大的影响,故pH试纸在使用时,要放在干燥、洁净的载体上(如玻璃片),并用干燥、洁净的玻璃棒蘸取待测液涂在pH试纸上(或用干燥、洁净胶头滴管吸取待测液滴在pH试纸上)．

例2　某学习小组的同学向100g8%的NaOH溶液中通入CO2一段时间后,低温蒸发结晶,得到白色固体,对该白色固体的成分,该小组的同学进行了猜测:

(1)甲同学认为该白色固体可能是NaOH与Na2CO3的混合物．你认为该固体还可能是________或________或________．

(2)如果甲同学的结论是正确的,请你设计实验证明白色固体中存在NaOH,请将方案填入下表中:

(3)乙同学称量所得白色固体的质量为13．7g,则白色固体的成分是_________．

(湖北省竞赛题)

解题思路　向NaOH溶液中通入CO2气体一段时间,可能是恰好完全反应,也可能CO2不足或CO2过量,反应物的量不同时,产物也会不同．

例3　物质X可发生下列两个反应,则X是(　)．

①X＋酸盐＋水　②X＋水碱

A．CaO　B．Fe2O3　C．CO2　D．NaOH

解题思路　X能与酸反应生成盐和水,可能是碱或碱性氧化物,但反应②中X＋H2O→碱,故X不可能是碱．

当NaOH全部转变为Na2CO3时,其质量为10．6g,当NaOH全部转变为NaHCO3时,其质量为16．8g．

实际所得白色固体质量为13．7g,所以白色固体为Na2CO3、NaHCO3的混合物．

例4　金属镁可与热水反应生成氢氧化镁,所得溶液呈碱性,可使酚酞试液显红色．某同学将镁条放在水中煮沸,趁热取出部分溶液,滴加酚酞试液,变为红色,放置在空气中一段时间后,发现溶液的红色褪去了．

(1)溶液的红色褪去说明溶液的碱性_______________________________;

(2)据你推测,导致溶液碱性变化的原因是:

①_______________________________________________________________;

②_______________________________________________________________．

(3)设计一个实验来验证你的一种推测,简要说明操作、现象及结论．

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

(全国复赛题)

解题思路　常温时,Mg(OH)2为不溶物,但当反应生成的Mg(OH)2处于一定温度时(高于室温),Mg(OH)2溶解并电离出OH－,Mg(OH)2Mg2＋＋2OH－,在空气中放置一段时间,温度降低,溶解度可能会变化,还会与空气中的CO2发生反应,这就是溶液的红色褪去的原因．

例5　人的胃液是一种呈酸性(含盐酸)的液体,pH为0．9～1．5．试回答下列问题:

(1)正常人血液的pH为7．35～7．45,与胃液相比,其H＋离子浓度要低几百万倍,已知质量分数为0．37%的盐酸的pH约为1,质量分数为0．37‰的盐酸pH约为2,那么下列的哪种说法是正确的(　)．

A．胃液中含盐酸的质量分数明显小于0．37%

B．胃液与血液都呈酸性

C．pH与溶液的H＋离子浓度之间呈正比例关系

D．人体的血液呈弱碱性

(2)胃液酸度增高就会患胃酸过多症,其治疗药物的有效成分不可能是(　)．

A．NaHCO3　B．Al(OH)3

C．Ba(OH)2　D．CaCO3

(2)三硅酸镁晶体是一种用来治疗胃溃疡的药物的主要成分,服用后能中和胃酸,作用持久．把三硅酸镁(Mg2Si3O8·nH2O)改写成氧化物形式________,写出三硅酸镁晶体中和胃酸反应的化学方程式________________．

(全国复赛题)

解题思路　人的血液呈弱碱性(pH为7．35～7．45),胃液呈酸性．治疗胃酸过多所服用的药物应符合以下要求:①无毒性反应;②可与H＋反应,使H＋浓度降低;③对食道无腐蚀作用．Ba(OH)2是强碱,具有腐蚀性,且Ba2＋对人体有害,故不能选择Ba(OH)2．

1．用pH试纸测试一瓶某溶液的酸碱度时,其正确的操作方法是(　)．

A．将该溶液倒一些在pH试纸上

B．往瓶中的溶液里投入pH试纸

C．将pH试纸一端浸入该溶液中

D．用干净的玻璃棒蘸取少量该溶液,然后滴在一小张pH试纸上

(广东省竞赛题)

2．如图所示是氢氧化钠溶液和盐酸反应时溶液pH随滴入溶液体积变化的曲线．下列有关说法正确的是(　)．

A．滴入溶液体积为20mL时溶液恰好完全反应

B．滴加方式是将氢氧化钠溶液滴入盐酸溶液中

C．盐酸和氢氧化钠溶液恰好中和时溶液的pH为14

D．滴入溶液的体积为10mL时所得溶液的溶质为NaCl

第2题图

(2019年湖南省常德市中考题)

3．电解氢氧化钠稀溶液与电解水的原理均可表示为:电解一定质量氢氧化钠稀溶液的过程中,下列说法正确的是(　)．

A．溶液的pH减小

B．溶液中氢元素质量分数减小

C．溶液中钠元素质量变大

D．溶液中氢、氧元素质量比不变

(福建省福州市中考题)

4．现有盐酸和CaCl2的混合溶液,向其中逐滴加入过量某物质X,溶液的pH随滴入X的量的变化关系如图所示．则X是(　)．

A．水

B．澄清石灰水

C．纯碱溶液

D．稀盐酸

第4题图

(湖南省竞赛题)

5．(双选)若要不发生化学反应就提高某稀盐酸的pH,可以采用的方法是(　)．

A．加氢氧化钠溶液

B．加浓盐酸

C．加水

D．加热煮沸后恢复到室温

(上海市竞赛题)

加入X溶液后,原溶液的pH不断增大,则只有当X溶液为碱性溶液且生成物为中性时,才能呈现pH＝7的情况,当加入的X溶液过量时,pH＞7．

提高溶液pH,即是使其酸性减弱,可加水稀释,也可加热煮沸,使大量HCl挥发到空气中．

6．向盛有HCl和CuCl2混合溶液的烧杯中逐滴加入NaOH溶液至过量．在该过程中,下列4个图象能正确反映烧杯内物质的某些物理量变化趋势的是(　)．

第6题图

A．①③　B．①②④　C．②④　D．①②③

(2019年重庆市中考题)

7．类推是化学学习中常用的思维方法．现有以下类推结果,其中正确的是(　)．

A．酸碱中和反应生成盐和水,则生成盐和水的反应一定是中和反应

B．氧化物中都含有氧元素,则含有氧元素的化合物一定是氧化物

C．碱的溶液pH＞7,则pH＞7的溶液一定是碱的溶液

D．点燃H2和O2的混合气体可能发生爆炸,则点燃CH4与O2的混合气体也可能发生爆炸

(湖南省竞赛题)

8．(双选)某气体在氧气中充分燃烧后的产物依次通过浓硫酸和氢氧化钠溶液,经完全吸收后,测得浓硫酸和氢氧化钠溶液增重的质量比为9∶11,则该气体可能是(　)．

A．CH4　B．CH4和CO的混合气体

C．C2H2　D．CO和H2的混合气体

(上海市竞赛题)

9．室温时,随着向盛有稀硫酸的烧杯中逐滴加入Ba(OH)2溶液,烧杯内溶液中的溶质质量变化如右图(忽略溶液温度的变化)．下列分析正确的是(　)．

A．a点溶液中有两种溶液

B．b点溶液中滴加紫色石蕊溶液,溶液变蓝

C．c点烧杯内液体的pH＝7

D．d点溶液中有较多的Ba2＋,OH－,SO42－,H＋(www.xing528.com)

第9题图

(陕西省中考题)

10．某合金主要成分为Zn,Fe,Cu及这三种金属的少量氧化物．利用该合金制成的机械零件废弃物制取高纯度ZnO,其部分工艺流程如图所示．请回答:

已知:Zn(OH)2溶于强碱形成可溶性盐．

第10题图

(1)滤渣Ⅰ中一定有________．

(2)加酸溶解废弃物时,需要通风并远离火源,其原因是_____________．此过程中Zn还能起到除Cu作用,除Cu的化学方程式为_________________________________,此反应属_________(填基本反应类型)．

(3)调节pH可用NaOH,但不能过量,其原因是____________________．

(4)焙烧Zn(OH)2发生分解反应的化学方程式为___________________．

(2019年广东省中考题)

11．向滴有几滴酚酞的氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸至恰好完全反应．

(1)上述过程的实验现象为________________．

(2)右图表示该反应前后溶液中存在的主要离子,写出每种图形代表的离子．(填离子符号)

_____________________________

(3)氨水(NH3·H2O)也能使酚酞变色,原因是氨水和氢氧化钠溶液中均含有一种相同离子,该离子是___________．(填离子符号)

第11题图

(广东省广州市中考题)

12．为了证明氢氧化钙溶液与稀盐酸能发生反应,氢氧化钠溶液与二氧化碳能发生反应．如图所示进行实验(装置气密性良好,实验前弹簧夹K1,K2处于关闭状态)．

资料:CaCl2＋Na2CO3CaCO3↓＋2NaCl

第12题图

实验一:氢氧化钙溶液与稀盐酸恰好完全反应．

(1)实验过程中需缓缓通入氮气,其作用是什么?

(2)写出氢氧化钙溶液与稀盐酸恰好完全反应的实验操作及现象．

实验二:氢氧化钠溶液与二氧化碳反应．

Zn(OH)2是不溶性碱,受热分解生成对应的金属氧化物和H2O．

注意:实验是将盐酸滴入氢氧化钠溶液中．

酸碱中和反应的实质是H＋＋OH－H2O,KOH和H2SO4反应也可以用上式表示．

(3)打开活塞Ⅱ,将足量氢氧化钠溶液加入锥形瓶中,立即关闭活塞Ⅱ,写出利用图示装置证明氢氧化钠溶液与二氧化碳反应的实验操作及现象．

(4)实验后,取B中锥形瓶内的溶液,倒入烧杯中,若溶液呈红色,设计实验方案,探究该溶液中是否有氢氧化钠,写出实验操作、预期现象和结论．

(辽宁省大连市中考题)

13．工业上用电解饱和食盐水的方法制得的烧碱中常含有一定量的NaCl．为测定某烧碱样品的纯度,同学们设计了如下方案:

方案一:称取mg烧碱样品测定消耗稀盐酸的质量

方案二:称取mg烧碱样品测定生成沉淀的质量

请回答:

(1)方案一中,发生反应的化学方程式为____________________________．

(2)方案一中,为减小误差,最好选择下列方法中的_________(填字母)来判断反应是否恰好完全进行．

A．向样品溶液中滴加2～3滴无色酚酞溶液,根据溶液颜色变化判断

B．测定过程中,边滴加稀盐酸边用pH试纸频繁测定混合液的pH

C．向样品溶液中滴加2～3滴紫色石蕊溶液,根据溶液颜色变化判断

(3)判断方案二中FeCl3溶液过量的化学方法是_____________________．

(4)小李同学认为可将方案二中的FeCl3溶液换成稀硝酸和_________(填化学式)溶液,也能达到实验目的．

(2019年陕西省中考题)

14．某学习小组的三位同学为了测定H2SO4与NaOH发生中和反应时放出的热量,他们在下图所示的小烧杯中装入一定量的NaOH溶液,测其温度;另取一定量的硫酸溶液,测其温度后,再缓缓地倾入小烧杯中,并边加边用环形玻璃搅拌棒搅拌,记录溶液温度的变化．甲、乙、丙三位同学实验时选择的试剂情况见下表:

第14题图

(1)简答下列问题:

①玻璃棒下端为什么要做成环形?

②碎泡沫塑料的作用?

(2)甲、乙、丙三位同学中,有两位同学选择的试剂有错误．从溶液温度改变的因素考虑,指出错误的原因:

①_________同学错误的原因是_________________________________;

②_________同学错误的原因是_________________________________．

定量实验要求实验数据的科学性和准确性,如实验中甲取的NaOH固体和乙取的浓H2SO4,在溶解或稀释时都会放出大量的热,从而影响实验数据的准确性．

(3)另一位同学选择的试剂正确,但用上述实验方法测得的中和热数值都会偏小,试分析可能造成误差的原因:________________________．

(江西省竞赛题)

15．同学们在学习碱的化学性质时,进行了如下图所示的实验．

第15题图

(1)写出甲实验中盐酸和氢氧化钠反应的化学方程式________________．

(2)乙实验中滴加氢氧化钠溶液后,可观察到的现象是_______________．

(3)丙实验中观察到试管内有白色沉淀产生．

(4)实验结束后,同学们将甲、乙、丙三个实验的废液倒入同一个干净的废液缸中,最终看到废液变浑浊并呈红色,产生了以下疑问．

【提出问题】废液中含有哪些物质?

【交流讨论】

①一定含有的物质:碳酸钙、指示剂、水和________(写物质名称)．

②还含有能使废液呈碱性的物质．能使废液呈碱性的物质是什么?

同学们有如下猜想．

小云认为:只有碳酸钠;小红认为:只有氢氧化钙;小林认为:是氢氧化钠和碳酸钠．你认为还可能是________．(写一种猜想)

【实验设计】小方想用氯化钙溶液来验证小云、小红、小林的猜想．查阅资料获悉氯化钙溶液呈中性,并设计如下实验．请你将小方的实验设计补充完整．

【反思拓展】在分析化学反应后所得物质的成分时,除了考虑生成物外还需考虑________．

(湖南省竞赛题)

16．实验室有一瓶保管不当的试剂(如图),其残缺的标签中只剩下“Na”和“10%”字样．已知它是无色液体,是初中化学常用的试剂．小强和小华同学很感兴趣,决定对其成分进行探究:

提出问题:这瓶试剂可能是什么溶液呢?

第16题图

【交流讨论】根据受损标签的情况判断,这瓶试剂不可能是______．

A．酸　B．碱　C．盐

【查阅资料】Ⅰ．初中化学常见的含钠化合物有NaCl,NaOH,Na2CO3,NaHCO3．

Ⅱ．Na2CO3和NaHCO3溶液都呈碱性．

Ⅲ．测定室温(20℃)时,四种物质的溶解度的数据如下:

【得出结论】小华根据试剂瓶标注的溶质质量分数10%和上表中的溶解度的数据判断,这瓶试剂不可能是_________．

【设计实验】

(1)小强用洁净的玻璃棒蘸取该溶液滴在pH试纸上,测得pH＞7,这瓶试剂不可能是_________．

(2)小强为了确定该溶液是哪种溶液,他又进行了如下实验:

【拓展与应用】确定该溶液还可以选择与小强不同的试剂,你选择的试剂是_________(要求类别不同),对应的现象是______________________．

(广东省竞赛题)

例1　(1)标准比色卡　＜　(2)红　碱　(3)CO2＋Ca(OH)2CaCO3↓＋H2O

例2　(1)Na2CO3　Na2CO3和NaHCO3　NaHCO3

(2)

(3)Na2CO3与NaHCO3的混合物

例3　A　例4　(1)减弱　(2)①溶液吸收了空气中的CO2　②氢氧化镁的溶解度随温度的降低变小　(3)做对比实验,让上述红色溶液分别在与空气接触、隔绝空气的条件下冷却,若前者褪色,后者不褪色,则证明空气中的CO2使溶液碱性减弱,导致红色褪去．

例5　(1)D　(2)C　(3)2MgO·3SiO2·nH2O　2MgO·3SiO2·nH2O＋4HCl 2MgCl2＋3SiO2＋(n＋2)H2O

1．D　2．B　3．B　4．C　5．CD　6．B　7．D　8．AD　9．C

10．(1)铜(或Cu)　(2)反应产生H2容易引起爆炸　Zn＋CuSO4ZnSO4＋Cu　置换反应(3)Zn(OH)2与NaOH反应生成可溶性盐,导致产率降低．　(4)

11．(1)溶液由红色变为无色,静置半分钟溶液仍为无色　(2)Na＋　OH－　Cl－　(3)OH－

12．(1)防止B中的二氧化碳进入A中．　(2)打开活塞Ⅰ,开始时,氢氧化钙溶液显碱性,遇到酚酞显示红色,氢氧化钙与盐酸反应生成氯化钙和水,随着盐酸的滴入,烧杯中溶液红色逐渐褪去；当红色刚好变为无色时,氢氧化钙溶液与稀盐酸恰好完全反应．　(3)打开活塞Ⅱ,将足量氢氧化钠溶液加入锥形瓶中,立即关闭活塞Ⅱ,锥形瓶中的二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠,压强变小,A装置中的压强大,就会使锥形瓶内的氯化钙流入B中,然后氯化钙与反应生成的碳酸钠反应,生成碳酸钙白色沉淀,因此有白色沉淀生成．(4)取反应后的溶液,滴加氯化钡溶液(或氯化钙溶液)至不再产生沉淀为止,静置；取上层清液,加入酚酞试液,溶液变红,说明该溶液中有氢氧化钠．

13．(1)HCl＋NaOH NaCl＋H2O　(2)A　(3)取少量反应后的上层清液于试管中,滴加NaOH或KOH溶液,有红褐色沉淀生成．　(4)AgNO3

14．(1)①便于搅拌溶液使其上下温度均匀．　②起到保温作用．　(2)①甲　NaOH固体溶于水时会放出大量的热,使测量产生误差　②乙　浓硫酸溶于水时会放出大量的热,使测量产生误差　(3)缓慢滴入稀硫酸的过程中热量损失了,忽略了实验装置的比热容等

15．(1)NaOH＋HCl NaCl＋H2O　(2)气球胀大　(4)【交流讨论】①氯化钠　②氢氧化钠【实验设计】①小林　②有白色沉淀,溶液由红色变为无色　小云　③没有白色沉淀,溶液呈红色　小红　【反思拓展】反应物是否有剩余

16．【交流讨论】A　【查阅资料】NaHCO3　【设计实验】(1)NaCl　(2)盐酸(硫酸)　Na2CO3

Na2CO3＋2HCl 2NaCl＋H2O＋CO2↑　【拓展与应用】CaCl2溶液[或Ca(OH)2溶液]　出现白色沉淀