原理
中和反應的實質是:H+和OH-結合生成水(H₂O)和鹽。酸+鹼→鹽+水,有鹽和水生成的反應,不一定是中和反應如:2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O。所以不管進行到何種程度,只要酸鹼發生了反應就叫中和反應。判斷是否完全中和是以酸鹼是否恰好完全反應作為標準的。
溶於水後在水中被電離成自由移動的陰離子和陽離子。
例如HCl被電離成氫離子【H+】和氯離子【Cl-】,而NaOH被電離成鈉離子【Na+】和氫氧根離子【OH-】。氫離子和氫氧根離子結合成極難被電離的水,所以溶液中剩下的是鈉離子和氯離子。
鈉離子和氯離子在溶液中依然處於被電離的狀態並不結合。但是生成物是NaCl。
反應特徵
在酸鹼滴定中的理論值和實際值總有相差,來看看這個:
當量點無法直接觀察到,滴定時酸鹼的強弱不同,達到滴定終點時溶液的酸鹼性就不同,需選擇適當指示劑使終點等於當量點,以作為判斷標準。
指示劑的選擇:
①強酸與強鹼的中和滴定
當量點溶液的pH=酸鹼滴定中三個重要的點:
當量點:酸的當量數=鹼的當量數(二者正好完全反應)
終點:指示劑變色的點。
中和點:酸鹼滴定過程中,容易恰成中性的點。即pH=7
注意:(當量點才是恰好完全反應的點)
當量點不一定等於終點。
當量點不一定等於中性7,這時既可選酚酞做指示劑,也可選甲基橙做指示劑。一般不用紫色石蕊試液做指示劑,因其顏色突變不明顯。
②強酸與弱鹼的中和滴定
當量點溶液顯酸性,溶液pH<7,最好選甲基橙、甲基紅做指示劑,一般不選酚酞試液做指示劑。因為酚酞溶液遇酸不變色。
③弱酸與強鹼的中和滴定
當量點溶液顯鹼性,pH>7,這時最好選酚酞做指示劑,一般不選甲基紅和甲基橙做指示劑。
酸鹼反應產生熱量:
強酸強鹼反應,1mol氫離子與1mol氫氧根離子反應,△H=-57.3KJ
反應式
酸+鹼
NaOH+HCl=NaCl+H₂O氫氧化鈉(俗稱燒鹼、火鹼、苛性鈉)可以和鹽酸發生中和反應,生成氯化鈉和水。
2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O氫氧化鈉可以和硫酸發生中和反應,生成硫酸鈉和水。
NaOH+HNO₃=NaNO₃+H₂O氫氧化鈉可以和硝酸發生中和反應,生成硝酸鈉和水。
Ca(OH)₂+2HCl=CaCl₂+2H₂O氫氧化鈣可以與鹽酸發生中和反應,生成氯化鈣和水,反應放出大量熱。
Al(OH)₃+3HCl=AlCl₃+3H₂O氫氧化鋁可以和鹽酸發生中和反應,生成氯化鋁和水,治療胃酸過多的胃藥的主要成分就是氫氧化鋁。
Ba(OH)₂+2HCl=BaCl₂+2H₂O氫氧化鋇和鹽酸發生中和反應,生成氯化鋇和水。
Fe(OH)₃+3HCl=FeCl₃+3H₂O氫氧化鐵(Fe(OH)₃)不溶於水,但是也能和鹽酸發生中和反應,生成三氯化鐵和水。
KOH+HI=KI+H₂O氫氧化鉀和氫碘酸發生中和反應,生成碘化鉀和水。
Cu(OH)₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O氫氧化銅和硫酸發生中和反應,生成硫酸銅和水。
由此可見,酸和鹼作用,生成鹽和水的反應是中和反應。中和反應屬於複分解反應。但是,酸和鹼之間發生的不一定是中和反應,例如:
2Co(OH)₃+6HCl=2CoCl₂+Cl₂↑+6H₂O氫氧化鈷(III)和鹽酸發生氧化還原反應,生成氯化鈷(II)、氯氣和水,反應放熱,溶液轉為粉紅色。
2Ni(OH)₃+6HCl=2NiCl₂+Cl₂↑+6H₂O氫氧化鎳(III)和鹽酸發生氧化還原反應,生成氯化鎳(II)、氯氣和水,反應放熱,溶液轉為碧綠色。
由於三價的鈷、鎳有氧化性,能把鹽酸氧化,生成氯氣,所以這類反應不屬於中和反應。同理,氫氧化亞鐵和硝酸的反應也不屬於中和反應。
酸性氧化物+鹼
Ca(OH)2+Co2=CaCO3↓+H2O澄清石灰水和二氧化碳發生中和反應,生成碳酸鈣沉澱和水,石灰水變渾濁。
2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O氫氧化鈉(俗稱燒鹼、火鹼、苛性鈉)和二氧化碳發生中和反應,生成碳酸鈉和水。
鹼性氧化物+酸
Na2O+H2SO4=Na2SO4+H2O氧化鈉和硫酸發生中和反應,生成硫酸鈉和水。
CaO+2HCl=CaCl2+H2O生石灰和鹽酸發生中和反應,生成氯化鈣和水。
酸性氧化物+鹼性氧化物
Na2O+CO2=Na2CO3氧化鈉和二氧化碳發生中和反應,生成碳酸鈉。
實際套用
改變土壤的酸鹼性
在土壤里,由於有機物在分解的過程中會生成有機酸,礦物的風化也可能產生酸性物質,空氣污染造成酸雨,也會導致一些地方的土壤呈酸性,這些都不利於作物的生長。施用適量的鹼,能中和土壤里的酸性物質,使土壤適合作物生長,並促進微生物的繁殖。土壤中的鈣離子增加後,能促使土壤膠體凝結,有利於形成團粒,同時又可供給植物生長所需的鈣元素。
處理工廠的廢水
廠里的廢水常呈現酸性或鹼性,若直接排放將會造成水污染,所以需進行一系列的處理。鹼性污水需用酸來中和,酸性污水需用鹼來中和,如硫酸廠的污水中含有硫酸等雜質,可以用熟石灰來進行中和處理。生成硫酸鈣沉澱和水。
用於醫藥衛生
人的胃液呈酸性,主要是鹽酸,當胃液的pH值為0.8~1.5時,有助於食物的消化.如果胃酸過多就會使人感到不適,這時醫生就會讓你口服一些鹼性藥物,使鹼與胃酸反應生成無毒的中性物質.用含氫氧化鋁的藥片治療胃酸過多,生成氯化鋁和水。如胃藥中含有Al(OH)3以中和胃酸,Al(OH)₃+3HCl==AlCl₃+3H₂O
被蚊蟲叮咬後可在患處塗含有鹼性物質(如NH₃·H₂O氨水)的藥水(蚊蟲能分泌出蟻酸)
調節溶液酸鹼性
在科學實驗室里,經常要把溶液的pH控制在一定的範圍內,如果溶液的酸性或鹼性太強,就可以用適當的鹼或酸調節溶液的pH
廚房中的套用
松花蛋中含有鹼性物質,人們在食用它時常加一些醋,以中和其鹼性,使松花蛋美味可口:在蒸饅頭時,人們在經過發酵的麵粉里加一些純鹼,以中和發酵產生的酸,這樣蒸出的饅頭鬆軟可口。
調節人體酸鹼平衡
人們日常所吃的食物可分為酸性食物和鹼性食物兩大類。由於過量攝入高蛋白、高脂肪、高糖類營養物質,在體內產生大量的酸性物質,形成酸性體質,而酸性體質會引起高血壓、糖尿病、心腦血管疾病、高血脂、痛風等疾病。這樣最好補充鹼性食物來中和體內的部分酸,如蔬菜、水果、奶製品等,使人體酸鹼調節平衡。
檢測反應
用pH試紙
一般在中和反應進行時,反應前後溶液的pH會變化。用pH來檢測中和反應是否進行是最直接的方式。pH試紙主要有廣泛試紙和精密試紙。
酚酞溶液
在反應前將酚酞溶液滴入鹼性反應物中,溶液呈紅色。緩慢滴入另一反應溶液,在中和反應進行到恰好完全反應,觀察到溶液的紅色消失。這可說明中和反應的進行,也可以說明反應的完全。但是不可說明是否滴入過多的酸性溶液而使試液呈酸性。(酚酞溶液無法使酸性溶液顯色)
探測溫度
一般來說,中和反應都是放熱的反應。但有很多反應都是放熱反應而不是中和反應,如硫氰酸鉀被氧化出硫氰的反應。
酸鹼指示劑
將酸鹼指示劑放入溶液中,酸鹼指示劑的顏色會隨著兩種溶液的pH值變化這是最直接的方法。常見的酸鹼指示劑有無色酚酞(遇鹼變紅,但遇到濃度高的強鹼時變成無色,原因是結構改變)、紫色石蕊(酸紅鹼藍)、溴百里酚藍、甲基橙等。