中和反應

酸與鹼作用生成鹽和水的反應

中和反應指酸和鹼互相交換成分,生成鹽和水的反應(酸+鹼→鹽+水)。其實質是H+(氫離子)和OH-(氫氧根離子)結合生成水。

在中和反應中,完全中和反應是指酸鹼恰好完全反應。

在實際生產應用中,人們常用中和反應改良土壤酸鹼性、治療胃酸過多、處理廢水。

反應原理


酸、鹼溶於水后在水中被電離成自由移動的陰離子和陽離子。例如HCl(鹽酸)被電離成氫離子(H)和氯離子(Cl),而NaOH(燒鹼)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(鹽)。所以中和反應的實質就是酸與鹼作用生成鹽和水的反應。
中和反應
中和反應

反應特徵


在酸鹼滴定中的理論值和實際值總有相差,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:
(1)當量點:酸的當量數=鹼的當量數(二者正好完全反應)
(2)終點:指示劑變色的點.
(3)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,當量點不一定等於中性時,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


● 通式:酸+鹼→鹽+水
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
● 例外
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。
● 延申1:酸性氧化物+鹼→鹽+水
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。
● 延申2:鹼性氧化物+酸→鹽+水
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;
● 延申3:酸性氧化物+鹼性氧化物→鹽
Na2O+CO2=Na2CO3氧化鈉和二氧化碳發生中和反應,生成碳酸鈉。

中和熱


中和熱是指在稀溶液中酸鹼中和生成1mol水的反應熱。一元強酸與強鹼的中和熱約為57kJ,與酸鹼種類無關,因為這實際上是1molH與1molOH反應生成1molH2O的反應熱。弱酸、弱鹼以及多元酸鹼的中和熱,因有電離熱的影響,不是定值。
多元酸的中和反應通常熱效應是遞減的。例如,H3PO4與NaOH中和,加入1摩爾鹼的中和熱為-64.86kJ,加入第二個1摩爾的鹼的中和熱為-56.85kJ,加人第三個1摩爾的鹼的中和熱則為-2.0gkJ。

實際應用


改良土壤

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后,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。

處理工業廢水

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。

醫療衛生

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
被蚊蟲叮咬后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。

廚房烹飪

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。

檢驗反應


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)

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。

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。

其他指示劑

紫色石蕊(酸紅鹼藍)、溴百里酚藍、甲基橙等顏色的變化也能檢驗中和反應。