🔬 初中科学九年级上第1章 物质及其变化中考高频化学主干实验必考

常见的酸

盐酸和硫酸长得完全不同,却有五条一模一样的本领——因为它们的水溶液里都住着同一个主角:氢离子。

难度:★★★★

知识背景

💡知识背景 · 从一个真实的问题说起

公元八世纪的阿拉伯炼金术士贾比尔在坩埚里加热绿矾(硫酸亚铁晶体),冷凝出一种黏稠的液体。它能溶解许多金属,能把布烧出洞,炼金术士叫它「矾油」——这就是硫酸。后来又有人把食盐和矾油共热,得到一种呛人的气体,溶于水便是盐酸。

这两种液体彻底改变了历史。有了它们,冶金能除去矿石表面的氧化层,造纸能漂洗纤维,化肥厂能把磷矿变成庄稼吃得下的养分。今天一个国家的硫酸产量,几乎可以当作工业实力的温度计。

奇怪的是:盐酸里是氯,硫酸里是硫,成分毫不相干,为什么它们的脾气那么像——都酸、都让石蕊变红、都能吃掉铁锈、都能和碱打个平手?十九世纪末,瑞典化学家阿累尼乌斯给出了答案:它们溶在水里都会电离出氢离子 H+\mathrm{H^+}。个性来自各自的酸根,共性来自共同的 H+\mathrm{H^+}。抓住这一句,酸的五条通性就不用死背了。

知识讲解

酸的定义

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:电离时生成的阳离子全部是氢离子H+\mathrm{H^+})的化合物。

HClH++ClH2SO42H++SO42\mathrm{HCl \rightarrow H^+ + Cl^-} \qquad \mathrm{H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}}

正因为酸的水溶液里都有 H+\mathrm{H^+},不同的酸才表现出相同的通性

盐酸与硫酸的物理性质和用途

盐酸(HCl\mathrm{HCl} 的水溶液)硫酸(H2SO4\mathrm{H_2SO_4}
颜色状态无色液体,工业盐酸因含铁离子略显黄色无色油状黏稠液体
气味刺激性气味无明显气味
挥发性易挥发,敞口瓶口出现白雾难挥发,敞口质量会因吸水而增大
主要用途金属除锈、制药、皮革加工;人体胃液中含盐酸助消化生产化肥、农药、火药、染料;精炼石油;做干燥剂
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浓硫酸的三个特殊性质

  • 吸水性:能吸收空气或气体中的水分,实验室用它干燥氧气、氢气等(不能干燥氨气)。这是物理性质
  • 脱水性:能夺取纸张、木材、蔗糖、皮肤等物质里的氢、氧元素,使其碳化变黑。这是化学性质
  • 溶于水放出大量热。所以稀释浓硫酸时,必须把浓硫酸沿器壁缓缓注入水中并用玻璃棒不断搅拌,绝不能把水倒进浓硫酸

浓硫酸沾到皮肤上,应立即用大量水冲洗,再涂上 3%3\%5%5\% 的碳酸氢钠溶液;洒在桌上则先用适量碳酸钠溶液中和,再用水冲洗。

酸的通性(五条)

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第一条 · 与指示剂作用:使紫色石蕊试液变,无色酚酞试液不变色

第二条 · 与活泼金属反应,生成盐和氢气(置换反应):Zn+H2SO4ZnSO4+H2\mathrm{Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow}Fe+2HClFeCl2+H2\mathrm{Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow}

第三条 · 与金属氧化物反应,生成盐和水Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O\mathrm{Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O}CuO+H2SO4CuSO4+H2O\mathrm{CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O}

第四条 · 与碱反应,生成盐和水(中和反应):HCl+NaOHNaCl+H2O\mathrm{HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O}

第五条 · 与某些盐反应,生成新盐和新酸Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2\mathrm{Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow}BaCl2+H2SO4BaSO4+2HCl\mathrm{BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl}

⚖️两种酸根离子的检验方法
  • 检验氯离子 Cl\mathrm{Cl^-}:滴入硝酸银溶液和稀硝酸,产生不溶于稀硝酸的白色沉淀(氯化银),即 HCl+AgNO3AgCl+HNO3\mathrm{HCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + HNO_3}
  • 检验硫酸根离子 SO42\mathrm{SO_4^{2-}}:滴入氯化钡溶液和稀硝酸,产生不溶于稀硝酸的白色沉淀(硫酸钡)。
  • 为什么要加稀硝酸:碳酸银、碳酸钡也是白色沉淀,但它们能溶于稀硝酸。加酸就是为了把碳酸盐这个「冒名者」排除掉。

实验与探究

用稀盐酸给生锈的铁钉除锈

取两枚生锈的铁钉,一枚放入盛稀盐酸的试管中,另一枚放入盛水的试管中作对照,观察现象。

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现象:盐酸中铁锈很快溶解,溶液由无色变为黄色,铁钉露出银白色光泽;若继续浸泡,铁钉表面开始产生气泡。水中的铁钉几乎无变化。

分析:先发生的是酸与金属氧化物的反应(第三条通性),铁锈主要成分是 Fe2O3\mathrm{Fe_2O_3}Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O\mathrm{Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O},生成的氯化铁溶液呈黄色。锈除完后,酸接着与铁反应(第二条通性):Fe+2HClFeCl2+H2\mathrm{Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow},所以冒出气泡,溶液变浅绿色。

结论与操作提醒:除锈必须及时取出,浸泡过久会把铁本身也「吃」掉,工业除锈还要在酸中加缓蚀剂。设置盛水的对照组,是为了说明溶解铁锈靠的是酸,不是水。

探究浓硫酸的吸水性与脱水性

用玻璃棒蘸浓硫酸在白纸上写字;把浓硫酸滴在小木片上;把敞口盛浓硫酸的表面皿放置一天后称量。

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现象:白纸上的笔迹逐渐变;木片接触处变黑碳化;敞口放置一天后浓硫酸质量增大、浓度变小

分析:纸和木片的主要成分是纤维素,浓硫酸夺去其中的氢、氧元素,留下黑色的碳,这是脱水性(发生了化学变化)。敞口变重则是它吸收了空气中的水蒸气,这是吸水性(物理变化),因此浓硫酸必须密封保存

安全要求:全程戴护目镜,不得用手接触。若不慎沾到皮肤,立即用大量水冲洗并涂碳酸氢钠溶液。对照追问:稀硫酸有没有脱水性?没有——把稀硫酸滴在纸上不变黑,说明脱水性是硫酸特有的。

经典例题

锌与稀硫酸反应的定量计算

1313 克锌粒放入足量稀硫酸中,完全反应后可生成氢气多少克?同时生成硫酸锌多少克?(相对原子质量:Zn\mathrm{Zn} 65,S\mathrm{S} 32,O\mathrm{O} 16,H\mathrm{H} 1)

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第一步 · 写出化学方程式并配平,这是化学计算的第一步,绝不能省:Zn+H2SO4ZnSO4+H2\mathrm{Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow}第二步 · 标出已知量与待求量的质量关系。相关物质的相对分子(原子)质量:Zn\mathrm{Zn} 为 65,ZnSO4\mathrm{ZnSO_4}65+32+64=16165+32+64 = 161H2\mathrm{H_2} 为 2。设生成氢气 xx、硫酸锌 yy,把质量对应写在方程式下方:

Zn:ZnSO4:H2=65:161:213 g:y:x\mathrm{Zn} : \mathrm{ZnSO_4} : \mathrm{H_2} = 65 : 161 : 2 \qquad 13\ \text{g} : y : x

第三步 · 列比例式求氢气652=13 gx\dfrac{65}{2} = \dfrac{13\ \text{g}}{x},解得 x=2×1365=0.4 gx = \dfrac{2 \times 13}{65} = 0.4\ \text{g}第四步 · 再列比例式求硫酸锌65161=13 gy\dfrac{65}{161} = \dfrac{13\ \text{g}}{y},解得 y=161×1365=32.2 gy = \dfrac{161 \times 13}{65} = 32.2\ \text{g}第五步 · 检验单位与合理性:单位均为克,正确;氢气很轻,1313 克锌只放出 0.40.4 克氢气,数量级合理;再用质量守恒验算,参加反应的硫酸为 98×1365=19.6 g\dfrac{98 \times 13}{65} = 19.6\ \text{g},而 13+19.6=32.6=32.2+0.413 + 19.6 = 32.6 = 32.2 + 0.4,完全吻合。:生成氢气 0.40.4,硫酸锌 32.232.2一句提醒:题目说稀硫酸「足量」,才可以按锌全部反应来算;若酸不足量,就要以的量为准。

难点与易错点

⚠️难点 · 易错点
  1. 稀释浓硫酸时把水倒进酸里:浓硫酸密度大且溶解放热,水会浮在上层局部沸腾、酸液飞溅。口诀是「酸入水、慢注、勤搅」。
  2. 把吸水性和脱水性混为一谈:吸水性是吸收已有的水(物理变化,可作干燥剂);脱水性是从有机物中夺取氢氧元素造出水(化学变化,使物质变黑)。
  3. 认为所有金属都能与酸反应放氢气:只有活动性比氢强的金属(如镁、铝、锌、铁)才行,铜、银、汞、金不行。
  4. 铁与盐酸反应写成生成氯化铁:稀酸与铁反应生成亚铁盐,即 FeCl2\mathrm{FeCl_2}(浅绿色),不是 FeCl3\mathrm{FeCl_3}
  5. 检验氯离子和硫酸根离子时忘记加稀硝酸:不加酸就无法排除碳酸盐沉淀的干扰,结论不可靠。
  6. 浓盐酸敞口质量变小、浓硫酸敞口质量变大记反:盐酸挥发(跑出去),硫酸吸水(吸进来),两者敞口后浓度都变小。另外书写方程式时不可漏配平或漏气体符号:Fe2O3+6HCl\mathrm{Fe_2O_3 + 6HCl} 中的 6 不能少,生成氢气、二氧化碳时的向上箭头也不能丢。

生活中的应用

🌏生活中的应用
  • 家里用食醋除水垢:水垢主要成分是碳酸钙,食醋中的醋酸与它反应生成可溶的盐并放出二氧化碳,属酸的第五条通性。
  • 洁厕灵为什么能去锈渍和尿垢:主要成分是盐酸,既能与铁锈反应,又能与尿垢中的碳酸盐反应。用时须开窗,且不可与漂白水混用
  • 胃酸与胃药:人的胃液含盐酸帮助消化,分泌过多会烧心,服用含氢氧化铝或碳酸氢钠的胃药可中和多余的酸。亚运场馆钢构件涂漆前也要先用稀酸洗去氧化皮,涂层才附着牢固。

生活应用题 1 · 除水垢的食醋要用多少

小杭家电水壶底部结了 1010 克水垢,按碳酸钙计算。他想用食醋(含醋酸 CH3COOH\mathrm{CH_3COOH})来除,但家里只有稀盐酸的实验数据。若改用溶质质量分数为 7.3%7.3\% 的稀盐酸,需要多少克才能恰好把水垢全部除去?(CaCO3\mathrm{CaCO_3} 相对分子质量 100,HCl\mathrm{HCl}36.536.5

分步解:

  1. 写出化学方程式CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2\mathrm{CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow}
  2. 标出质量关系CaCO3\mathrm{CaCO_3} 为 100,2HCl2\mathrm{HCl}2×36.5=732 \times 36.5 = 73。设需纯盐酸质量 xx,则 10073=10 gx\dfrac{100}{73} = \dfrac{10\ \text{g}}{x}
  3. 求纯盐酸质量x=73×10100=7.3 gx = \dfrac{73 \times 10}{100} = 7.3\ \text{g}
  4. 求稀盐酸溶液质量,依据溶质质量分数定义:m=7.3 g7.3%=100 gm = \dfrac{7.3\ \text{g}}{7.3\%} = 100\ \text{g}检验与答:单位正确,100100 克稀盐酸约合半杯,量级合理。需稀盐酸 100100。生活中用食醋要慢得多,因为醋酸比盐酸弱,所以要泡上几个小时并适当加热。

生活应用题 2 · 判断三瓶失去标签的无色溶液

实验桌上有三瓶失去标签的无色溶液,分别是稀盐酸、稀硫酸和食盐水。只用紫色石蕊试液氯化钡溶液两种试剂,怎样把它们区分开?

分步解:

  1. 第一轮 · 用石蕊分出食盐水:各取少量滴入石蕊试液,变的两瓶是稀盐酸和稀硫酸(都含 H+\mathrm{H^+}),不变色的那瓶是食盐水。
  2. 第二轮 · 用氯化钡区分两种酸:向变红的两份中各滴入氯化钡溶液,出现白色沉淀的是稀硫酸(生成硫酸钡),依据 BaCl2+H2SO4BaSO4+2HCl\mathrm{BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl}无明显现象的是稀盐酸。
  3. :先石蕊、后氯化钡,两步即可。思路提炼:区分物质要先用一种试剂把「共性组」和「异类」分开,再用第二种试剂在组内抓住不同的酸根。这就是共性与个性的分工——H+\mathrm{H^+} 定共性,酸根定个性。

考点

🎯考点提示
  • 填空题·高频:酸的五条通性及对应化学方程式的书写与配平
  • 实验题·高频:浓硫酸稀释的操作顺序与原理,浓硫酸的吸水性、脱水性辨析
  • 实验题·高频:Cl\mathrm{Cl^-}SO42\mathrm{SO_4^{2-}} 的检验(含为什么要加稀硝酸)
  • 计算题·高频:金属与酸反应求氢气或盐的质量,须分步列比例式
  • 选择题:浓盐酸、浓硫酸敞口放置后质量与浓度的变化
  • 推断题:用石蕊、氯化钡、硝酸银等试剂鉴别几瓶无色溶液
  • 应用题:除锈、除水垢、治胃酸过多的原理解释

中考真题

真题2022 · 浙江杭州中考(改编)

下列关于浓硫酸的说法正确的是( )A. 敞口放置一段时间后溶质质量分数变大 B. 可用来干燥氨气 C. 滴在木片上木片变黑,体现了它的脱水性 D. 稀释时应将水沿器壁慢慢倒入浓硫酸中

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逐项分析:A 错,浓硫酸吸水,溶液质量变大而溶质不变,质量分数变小。B 错,浓硫酸能与氨气反应,不能用来干燥氨气。C 对,夺取纤维素中的氢、氧元素使其碳化,正是脱水性。D 错,必须把浓硫酸注入水中并不断搅拌。

答案:C。提示:A 与浓盐酸恰好相反——浓盐酸挥发导致溶质减少、质量分数也变小,但原因完全不同。

真题2021 · 浙江中考(改编)

小科向盛有 44 克氧化铜粉末的烧杯中加入足量稀硫酸并微热,固体全部溶解得到蓝色溶液。(1)写出反应的化学方程式并说明属于酸的哪条通性。(2)计算生成硫酸铜的质量。(CuO\mathrm{CuO} 为 80,CuSO4\mathrm{CuSO_4} 为 160)

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(1) CuO+H2SO4CuSO4+H2O\mathrm{CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O},属于酸与金属氧化物反应生成盐和水(第三条通性)。溶液呈蓝色,是因为生成了硫酸铜。

(2)分步计算第一步,由方程式知 CuO\mathrm{CuO}CuSO4\mathrm{CuSO_4} 的质量比为 80:16080 : 160第二步,设生成硫酸铜 xx,列比例式 80160=4 gx\dfrac{80}{160} = \dfrac{4\ \text{g}}{x}第三步,解得 x=160×480=8 gx = \dfrac{160 \times 4}{80} = 8\ \text{g}第四步,检验:参加反应的硫酸为 98×480=4.9 g\dfrac{98 \times 4}{80} = 4.9\ \text{g},生成水 18×480=0.9 g\dfrac{18 \times 4}{80} = 0.9\ \text{g},而 4+4.9=8.9=8+0.94 + 4.9 = 8.9 = 8 + 0.9,质量守恒成立。:生成硫酸铜 88

视频讲解

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