酸碱性质实验

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介绍

酸碱性质实验是化学中最重要的话题之一。通常，尝起来酸的化学物质会将蓝色石蕊试纸变红，这些物质被称为酸。类似地，尝起来苦的碱会将红色石蕊试纸变蓝。酸和碱相互反应会生成盐和水。这表明中和作用，即碱和酸都中和成水的pH值。

如果不对这些事实进行测试和实验，它们只会停留在假设阶段。因此，本文将包含酸碱性质实验。将进行三个实验，每个实验都使用HCl作为酸，NaOH作为碱。这些将与石蕊试液（蓝/红）、锌金属和碳酸钠（固体）等化合物一起测试。

酸碱性质实验所需材料

进行酸碱性质实验需要各种材料，包括：

• 火柴盒

• 滴管

• 试管架

• 试管夹

• 酒精灯

• 分液漏斗

• 石蕊试液或试纸（红色和蓝色）

• 试管

• 平底烧瓶

• 锌粒

• 石灰水（现配现用）

• 烧杯

• 碳酸钠（固体）

• 稀NaOH溶液

• 稀HCl溶液

图1：所需化学药品和材料清单

(Nefronus, 锌样品, CC0 1.0) (Ondřej Mangl, 碳酸钠, 标记为公共领域，更多详情请见维基共享资源) (Walkerma at en.wikipedia, 盐酸 04, 标记为公共领域，更多详情请见维基共享资源) (Ondřej Mangl, 氢氧化钠, 标记为公共领域，更多详情请见维基共享资源) (Deamit, 使用石蕊试纸测定水样pH值, CC BY 4.0)

什么是酸？

图2：常见的无机酸和乙酸

溶于水后生成带正电荷的水合氢离子（H3O+）的化合物称为酸。

例如，HNO3释放NO3-和H+离子，就像HCl释放H+和Cl-离子一样。

酸的性质实验

实验1：石蕊试验

• 取两个试管，并将它们放在试管架上。

• 现在，将两个试管分别标记为1和2。

• 取试管1，加入5毫升蓝色石蕊试液。

• 现在在试管2中加入5毫升红色石蕊试液。

• 现在，用滴管吸取HCl溶液，在试管1和2中分别加入等量。

• 仔细观察试管中颜色的变化。

图3：石蕊试验

Deamit, 使用石蕊试纸测定水样pH值, CC BY 4.0

实验2：碳酸钠（固体）

• 取一个平底烧瓶，加入1克碳酸钠和少量蒸馏水。

• 现在取一个（干燥的双孔）软木塞。这个软木塞应该适合分液漏斗。此外，还应在其上安装一个导气管。

• 现在，用干燥的双孔软木塞塞住平底烧瓶的瓶口。然后加入2毫升HCl气体。

• 释放的气体无色无味。然后，该气体通过石灰水和导气管。

• 通过石灰水后，石灰水开始变浑浊。

• 该实验涉及的反应是

$$HCl + Na_2CO_3 \rightarrow 2NaCl + H_2O(液态) + CO_2(气态)$$

图4：碳酸钠对HCl酸的作用

实验3：锌

• 取一个（干净干燥的）试管，放入锌粒。

• 将HCl溶液（液态）倒入试管中，使锌粒浸没在其中。

• 现在稍微倾斜试管，并用软木塞将其塞紧。

• 将本生灯固定在试管上，然后点燃。

• 现在将试管口紧紧塞住。这应确保没有蒸汽逸出。

• 放置溶液2-3分钟后，它会发出强烈的燃烧声，并释放出无色无味的气体。

• 现在，如果你在试管口前燃烧一根火柴，你会看到淡蓝色的火焰，然后听到爆裂声。

以下是上述实验中涉及的反应

$$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow$$

图5：Zn对HCl酸的作用

什么是碱？

图6：强碱和弱碱（颜色用于区分，并非基于任何科学意义）

溶于水后生成带负电荷的氢氧根离子（OH-）的化合物称为碱。

例如，NaOH释放Na+和OH-离子。

碱的性质实验

实验1：石蕊试验

• 取两个试管，并将它们放在试管架上。

• 现在，将两个试管分别标记为1和2。

• 取试管1，加入5毫升红色石蕊试液。

• 现在在试管2中加入5毫升红色石蕊试液。

• 现在，用滴管吸取NaOH溶液，在试管1和2中分别加入等量。

• 仔细观察试管中颜色的变化。

实验2：碳酸钠（固体）

• 取一个平底烧瓶，加入1克碳酸钠和少量蒸馏水。

• 现在取一个（干燥的双孔）软木塞。这个软木塞应该适合分液漏斗。此外，还应在其上安装一个导气管。

• 现在，用干燥的双孔软木塞塞住平底烧瓶的瓶口。然后加入稀NaOH溶液（液态）。

• 不会发生任何变化，即不会发生反应。

实验3：锌

• 取一个（干净干燥的）试管，放入锌粒。

• 将NaOH溶液（液态）倒入试管中，使锌粒浸没在其中。

• 现在稍微倾斜试管，并用软木塞将其塞紧。

• 将本生灯固定在试管上，然后点燃。

• 现在将试管口紧紧塞住。这应确保没有蒸汽逸出。

• 放置溶液2-3分钟后，它会发出强烈的燃烧声，并释放出无色无味的气体。

• 现在，如果你在试管口前燃烧一根火柴，你会看到淡蓝色的火焰，然后听到爆裂声。

以下是上述实验中涉及的反应：

$$2NaOH + Zn \rightarrow Na_2ZnO_2 + H_2\uparrow$$

图7：Zn对NaOH的作用

注意事项

• 由于大量产生的氢气会导致爆炸，因此应确保使用少量反应物（NaOH、HCl、Zn）。

• 使用细喷嘴燃烧氢气。

• 只有在确保装置完全密闭后，才能将HCl加入碳酸钠中。

• 处理NaOH和HCl等化学药品时应小心，因为它们会造成伤害。

观察结果

实验	酸	碱
实验1：石蕊试验	蓝色石蕊试液与盐酸反应后变红。	红色石蕊试液与NaOH反应后变蓝。
实验2：碳酸钠（固体）	HCl与碳酸钠反应释放CO2。	NaOH与碳酸钠反应没有观察到反应。
实验3：锌	HCl与锌反应生成ZnCl2和H2气体。	NaOH与锌反应生成锌酸钠和H2气体。

结论

盐酸与蓝色石蕊试液反应实验中，溶液变红。类似地，与碳酸钠反应时，会释放CO2。此外，HCl与锌反应会释放ZnCl2和H2气体。因此，证明了HCl的酸性。

类似地，NaOH与红色石蕊试液反应会使其变蓝。与碳酸钠反应时，NaOH没有反应。最后，NaOH与锌反应生成锌酸钠和H2气体。因此，NaOH表现出所有碱的性质。

常见问题

Q1. 如何通过实验鉴定酸和碱？

A1. 有多种实验可以鉴定酸和碱。其中一种是石蕊试验。使用蓝色石蕊试液可以鉴定酸，使用红色石蕊试液可以鉴定碱。因为蓝色石蕊与酸反应后变红，红色石蕊与碱反应后变蓝。

Q2. 酸碱指示剂的重要性是什么？

A2. 酸碱指示剂在滴定实验中用于确定反应的终点。它们也有助于测量不同化合物的pH值。此外，酸碱指示剂还有助于在科学中进行引人入胜的变色演示。

Q3. pH值有可能为负值吗？

A3. 尽管pH值的范围仅为0-14，但可以计算出负的pH值。在氢离子摩尔浓度大于1N的酸中，有可能出现负的pH值。