酸
銅臭 / 2022-07-18
一、酸的組成、分類和命名
常用的酸有鹽酸( HCI )、硫酸(H?SO?)和硝酸( HNO?) 等，它們在水溶液中能電離出氫離子(H?)和酸根離子。酸根離子就是酸電離后形成的陰離子(或原子團(tuán))，例如:
HC1=H?+Cl
H?SO?=2H?+ SO?²?
HNO?=H?+NO??
可以看出，酸電離后所生成的陽離子，全部都是氫離子 (H?)。化學(xué)上，把在電離時生成的陽離子全部是氫離子的化合物叫做酸。
必須指出，有的化合物在電離時，除能生成氫離子外，還有其它陽離子生成時，就不屬于酸類而屬于鹽類。例如碳酸氫鈉 ( NaHCO?)在溶液中電離如下:
NaHCO?=Na?+HCO??
HCO??⇔H?+CO?²?
故NaHCO?是鹽而不是酸。因此必須強(qiáng)調(diào)，在電離時所生成的 陽離子，“全部” 是氫離子時的化合物才是酸。
酸可分為含氧酸和無氧酸。含有氧的酸叫做含氧酸，不含氧的酸叫做無氧酸。含氧酸中除氫氧兩元素外還有第三種元素，酸的名稱就用此第三種元素的名稱來命名。例如，H?SO?叫硫酸; H?PO?叫磷酸;只有HNO?例外， 不叫氨酸，而叫硝酸。這是 因?yàn)镠NO?最早是由“硝石”( KNO?)制得的，因此習(xí)慣上叫硝酸。如果某元素能生成幾種含氧酸，那么就以其中較穩(wěn)定，而且是常見的酸叫某酸，其它酸中該元素化合價比它低時叫亞某酸，比它更低時叫次某酸，比它的化合價高時叫高某酸。例如， HCIO?叫氯酸，其中CI是+ 5價; HCIO?中的Cl是+3價， 叫 亞氯酸; HCIO中的Cl是+1價，叫次氯酸; HCIO?中的C1是+7價，叫高氯酸。
無氧酸一般由兩種元素(即氫和一種非金屬元素)組成。它的命名是在氫字的后面加上另一種元素的名稱，叫做氫某酸。例如，HCl叫氫氯酸，俗稱鹽酸; HF叫氫氟酸; H?S叫氫硫酸。
書寫酸的分子式時，應(yīng)把氫元素寫在前面，酸根寫在后面。 在無氧酸中，非金屬元素的負(fù)離子就是酸根，如鹽酸( HCI)的酸根就是氯離子(Cl?);在含氧酸中，第三種元素和氧組成的 原子團(tuán)就是酸根，如硫酸( H?SO?)的酸根就是SO?²?，稱為硫酸根。氫原子的個數(shù)和酸根的價數(shù)必須相等。
根據(jù)酸分子中能被金屬取代的氫原子個數(shù)，把酸分為一元酸、二元酸和三元酸。例如HCl只有一個可置換的氫原子，稱為一元酸; H?SO?有兩個可置換的氫原子，稱為二元酸; H?PO?則是三元酸。
二、酸的共性
由于各種酸的酸根不同，所以它們的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)也都有差異。各種酸在常溫常壓時的聚集狀態(tài)不同:有些酸是氣態(tài)化合物的水溶液，如鹽酸是氯化氫氣體的水溶液，氫硫酸是硫化氫氣體的水溶液;有些酸呈液態(tài)，如純硫酸是粘滯的油狀液體， 常用的有機(jī)酸一如醋酸 ( CH?COOH,簡寫為HAc)是無色液體，但在16.5°C以下時，醋酸96%以上)即凝固成冰狀固體，故又稱冰醋酸;有些酸呈固體，如硼酸(H?BO?)、磷酸 ( H?PO?)都是白色的固體，但市售商品磷酸為濃度83~88%的水溶液，是粘稠液體。顯然，氣態(tài)化合物水溶液所形成的酸揮發(fā)性大，液態(tài)和固態(tài)酸的沸點(diǎn)愈高，揮發(fā)性愈小，如H?SO?的沸點(diǎn)高，因此揮發(fā)性很小。各種酸都保持其酸根的特性，如硫 酸中的硫酸根( SO?²?)仍然能與鋇離子( Ba²?)生成硫酸鋇(BaSO?)白色沉淀，鹽酸中的氯離子仍能和銀離子(Ag?)生成氯化銀(AgCl)白色凝乳狀沉淀。各種酸的酸性強(qiáng)弱也不相同，硝酸、鹽酸和硫酸是強(qiáng)酸，磷酸是中強(qiáng)酸，其它一般為弱酸。
因各種酸中都有氫離子(H?)，所以又有酸的共性，如物理性質(zhì)都有酸味,但其共性主要表現(xiàn)在化學(xué)性質(zhì)上,現(xiàn)分述如下:
1.酸的水溶液能使指示劑變色。酸溶液能使藍(lán)色石蕊試紙現(xiàn)紅色，但卻不能使酚酞顯色。例如，。以稀鹽酸潤濕藍(lán)色石蕊試紙和向盛有稀鹽酸的試管中滴入2~3滴酚酞指示劑，可看到稀鹽酸溶液使藍(lán)色石蕊試紙變成紅色，但滴加酚酞指示劑的溶液仍是無色透明的。由此可知，稀鹽酸呈酸性反應(yīng)。用石蕊試紙和酚酞指示劑試其它酸，也得同樣結(jié)果。
2。酸和金屬氧化物反應(yīng)生成鹽和水。例如把Fe?O:?放入鹽酸溶液中，就能與酸作用生成水和氯化鐵:
Fe?O?+6HCl=2FeCl?+3H?O
在工業(yè)上，可利用這一反應(yīng)原理，來清除各種設(shè)備上的金屬氧化物。但在清洗時必須加緩蝕劑，以免金屬受到酸的腐蝕。
3.酸和堿作用生成鹽和水。例如鹽酸和氫氧化鈣作用生成氯化鈣和水：
2HCl+Ca(OH)?= CaCl?+2H,?
4.酸和鹽作用生成新酸和新鹽。例如用揮發(fā)性較小的濃硫酸 (H?SO?)與氯化鈉( NaCl)溶液作用，可制得揮發(fā)性較大的HCI和Na?SO?：
5.酸和金屬作用生成氫氣和鹽(硝酸和濃硫酸除外)。大多數(shù)金屬都能和酸反應(yīng)生成氫氣與鹽。例如，鋅、鐵都能和鹽酸發(fā)生下列反應(yīng):
Zn+2HCl=ZnCl?+H?↑
Fe+2HCl=FeCl?+H?↑
這種由一種單質(zhì)和一種化合物發(fā)生作用，生成另-種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)叫置換反應(yīng)。
但也有一些金屬如銅、銀等并不與酸發(fā)生置換反應(yīng)，即使能，與酸發(fā)生置換反應(yīng)的各金屬中，有些作用很劇烈，反應(yīng)進(jìn)行很快，如鹽酸與鋅反應(yīng);有些則作用比較緩慢，如鹽酸與鐵反應(yīng)。這說明了各種金屬從酸中置換出氫的能力是不同的，即它們的活潑性是有差別的。化學(xué)上根據(jù)金屬置換酸分子中氫的能力大小，將各種金屬順次排列，這個順序叫做金屬活動順序，其排列如下 (金屬活潑性由左向右逐漸減弱) :
K、Ca、Na、Mg、Al、Mn、Zn、Fe、Ni、Sn、Pb、H、 Cu、Hg、Ag、Pt、 Au
在金屬活動順序表中，金屬的位置越前，它的金屬活潑性越強(qiáng)，與酸反應(yīng)越劇烈。排在氫前面的金屬都能從酸中置換出氫，而排在氫后面的金屬則不能置換出酸中的氫。
三、常用的酸
常用的酸有鹽酸(HCI)、硫酸(H?SO?)和硝酸(HNO?)等，它們都具有酸的通性，下面僅敘述它們的特性:
1.鹽酸(HCl)。鹽酸是氯化氫(HCl)氣體的水溶液，純凈的鹽酸是無色的透明液體。工業(yè)上用的鹽酸常因含有雜質(zhì) ( Fe??)而顯黃色。鹽酸是一種揮發(fā)性酸，有刺激性氣味，揮發(fā)出的HCI氣體遇到空氣里的水蒸氣成為鹽酸的小液滴，而形成白霧。常用的濃鹽酸中所含HCl約為37%，比重為1.19。
鹽酸是一種強(qiáng)酸，它能腐蝕鋼鐵設(shè)備、皮膚和衣服，它的酸霧能污染環(huán)境、腐蝕周圍設(shè)備、損壞附近農(nóng)作物，故保存時應(yīng)密封，使用時應(yīng)加注意。
鹽酸的用途很廣，如焊接、電鍍、搪瓷、制藥和制革等都需用鹽酸。在發(fā)電廠水處理工藝中，常用作氫型陽離子交換劑的再生劑以及鍋爐清洗劑。
2.硫酸(H?SO?)。純凈的濃硫酸是無色粘稠的油狀液體，工業(yè)上用的硫酸常因含有雜質(zhì)而顯淡褐色。常用濃硫酸的濃度為 98.3%，比重1.84。 濃硫酸( 98.3% )的沸點(diǎn)較高( 338°C )，故不易揮發(fā)。濃硫酸具有下列一些特殊的性質(zhì):
(1)吸水性和脫水性。濃硫酸具有強(qiáng)烈的吸水性，很容易和水分子結(jié)合生成硫酸的水合物并放出大量的熱。所以用水稀釋濃硫酸時，必須特別注意，一定要把濃硫酸慢慢地沿著容器壁或玻璃棒倒入水中,并不斷攪拌使產(chǎn)生的熱量迅速散開，切不可將水直接倒入濃硫酸里，因?yàn)檫@樣釋放出的熱量就會使水立即沸騰，帶著酸液飛濺，造成傷害事故。
由于濃硫酸具有吸水性，所以在生產(chǎn)上和實(shí)驗(yàn)室中常把它用作吸水劑和干燥劑。
濃硫酸不僅能直接吸收水分，而且還能從蔗糖、淀粉、木材、棉布和紙張等有機(jī)物中吸取水分。因?yàn)檫@些有機(jī)物都是由碳、氫、氧三種元素組成的，其中氫、氧原子的比例是2:1,和水的組成相同(這些有機(jī)物又稱碳水化合物)。當(dāng)這些碳水化合物與濃硫酸接觸時，其中的氫氧原子按水的組成被濃硫酸奪取而留下了碳,這種現(xiàn)象叫碳化。例如濃硫酸注入盛有蔗糖(C??H??O??)的容器中，蔗糖分子中的氫氧原子按水的組成被H?SO?奪取，剩下了黑色的碳。
濃硫酸的這種性質(zhì)叫做脫水性。放使用濃硫酸時，應(yīng)十分注意。如果不慎將濃硫酸藏到皮膚或衣服上，應(yīng)立即用大量清水沖洗，再用0.5%碳酸氫鈉溶液中和殘留的酸。
(2)氧化性。稀硫酸和不活潑的金屬銅(在活動順序表中 排在氫的后面) ,不能起置換反應(yīng)，而熱的濃盛酸和銷能相互作用(但不是置換反應(yīng))，其生成物為硫酸銅和一種有刺激性臭味的二氧化硫氣體:
式中Cu的化合價自0價→+2價，S自+6價→+4價。 這類元素的化合價在反應(yīng)前后有改變的反應(yīng)稱為氧化還原反應(yīng)(詳見第八章)。在反應(yīng)中某元素化合價升高時稱為“被氧化”，化合價降低時稱為“被還原”。在上式中，Cu的化合價升高，故Cu被氧化了; H?SO?中的S化合價降低，故S被還原了。Cu被H?SO?中的S所氧化，也就是Cu把H?SO?中的S還原了;同樣，H?SO?中 的S被Cu所還原，也就是H?SO?中的S把Cu氧化了。這種自身被氧化而使另一物質(zhì)還原的物質(zhì)，稱為還原劑，如上式中的Cu;自身被還原而使另一物質(zhì)氧化的物質(zhì)，稱為氧化劑，如上式中的H?SO?。必須注意，還原劑和氧化劑是指整個化合物，并不是指其中的某元素，因此H?SO?是氧化劑，而并不是H?SO?中的S是氧化劑。
必須指出，這里所說的氧化、還原反應(yīng)和第一章 中所說的氧化、還原反應(yīng)并不矛盾，只是更廣義了。第一章中談的只局限于物質(zhì)與氧化合時稱氧化和與氫氣作用時稱還原，只是狹義的氧化還原反應(yīng)。
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