知识背景
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 。个性来自各自的酸根,共性来自共同的 。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
酸:电离时生成的阳离子全部是氢离子()的化合物。
正因为酸的水溶液里都有 ,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( 的水溶液) | 硫酸() | |
|---|---|---|
| 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 | 有刺激性气味 | 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 |
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 到 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)
第一条 · 与指示剂作用:使紫色石蕊试液变红,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):、
第三条 · 与金属氧化物反应,生成盐和水:、
第四条 · 与碱反应,生成盐和水(中和反应):
第五条 · 与某些盐反应,生成新盐和新酸:、
- 检验氯离子 :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 。
- 检验硫酸根离子 :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
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 :,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):,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。
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黑;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,说明脱水性是浓硫酸特有的。
经典例题
把 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: 65, 32, 16, 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:。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: 为 65, 为 , 为 2。设生成氢气 、硫酸锌 ,把质量对应写在方程式下方:
第三步 · 列比例式求氢气:,解得 。第四步 · 再列比例式求硫酸锌:,解得 。第五步 · 检验单位与合理性:单位均为克,正确;氢气很轻, 克锌只放出 克氢气,数量级合理;再用质量守恒验算,参加反应的硫酸为 ,而 ,完全吻合。答:生成氢气 克,硫酸锌 克。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,就要以酸的量为准。
难点与易错点
- 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」。
- 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)。
- 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。
- 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 (浅绿色),不是 。
- 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。
- 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: 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
- 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 克水垢,按碳酸钙计算。他想用食醋(含醋酸 )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 的稀盐酸,需要多少克才能恰好把水垢全部除去?( 相对分子质量 100, 为 )
分步解:
- 写出化学方程式:。
- 标出质量关系: 为 100, 为 。设需纯盐酸质量 ,则 。
- 求纯盐酸质量:。
- 求稀盐酸溶液质量,依据溶质质量分数定义:。检验与答:单位正确, 克稀盐酸约合半杯,量级合理。需稀盐酸 克。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。只用紫色石蕊试液和氯化钡溶液两种试剂,怎样把它们区分开?
分步解:
- 第一轮 · 用石蕊分出食盐水:各取少量滴入石蕊试液,变红的两瓶是稀盐酸和稀硫酸(都含 ),不变色的那瓶是食盐水。
- 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 ;无明显现象的是稀盐酸。
- 答: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—— 定共性,酸根定个性。
考点
- 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: 与 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
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。
小科向盛有 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。( 为 80, 为 160)
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(1) ,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 与 的质量比为 。第二步,设生成硫酸铜 ,列比例式 。第三步,解得 。第四步,检验:参加反应的硫酸为 ,生成水 ,而 ,质量守恒成立。答:生成硫酸铜 克。