无机化合物的四大类
氧化物是某种元素和氧形成的化合物,比如 CaO 或 CO₂。金属氧化物通常是碱性的;非金属氧化物通常是酸性的;还有一些,比如 Al₂O₃ 和 ZnO,是两性的(既能和酸反应,也能和碱反应)。
酸在水中能给出 H⁺(HCl、H₂SO₄、HNO₃)。碱能给出 OH⁻,或者能接受 H⁺(NaOH、Ca(OH)₂、NH₃)。能溶于水的碱叫碱溶液(强调可溶的碱)。盐由金属离子(或 NH₄⁺)和酸剩下的酸根离子组成(NaCl、CuSO₄、NH₄NO₃)。
你需要知道的酸碱理论
- 阿伦尼乌斯:酸在水中给出 H⁺;碱给出 OH⁻。
- 布朗斯特–劳里:酸是给出质子的物质;碱是接受质子的物质。NH₃ 是碱,因为它会接受 H⁺。
- 路易斯:酸接受电子对;碱给出电子对。
酸、碱、盐的命名
- 无氧酸:氢 + 元素名 + 酸,如 HCl 氢氯酸(盐酸),HBr 氢溴酸。
- 含氧酸:氧多的叫“……酸”,氧少的叫“亚……酸”:H₂SO₄ 硫酸,H₂SO₃ 亚硫酸;HNO₃ 硝酸,HNO₂ 亚硝酸。
- 碱:金属名 + 氢氧化物:NaOH 氢氧化钠,Fe(OH)₃ 氢氧化铁(铁为 +3 价,用罗马数字或“铁(III)”表示化合价)。
- 盐:先读金属,再读酸根:硫酸 → 硫酸盐,亚硫酸 → 亚硫酸盐,盐酸 → 氯化物(无氧酸的盐叫“某化某”)。所以 H₂SO₄ 对应硫酸盐,H₂SO₃ 对应亚硫酸盐,HCl 对应氯化物。
- 酸式盐里还有 H:NaHCO₃ 碳酸氢钠。碱式盐里还有 OH:Mg(OH)Cl 碱式氯化镁。
各类物质之间的联系
同一种元素可以一路追踪它经过的各个类别,就像顺着家族的线往下看:
金属:Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃(2Ca + O₂ → 2CaO;CaO + H₂O → Ca(OH)₂;Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O)
非金属:S → SO₂ → H₂SO₃ → Na₂SO₃
两条线最后都在盐相遇。盐有很多种生成方式:酸 + 碱,酸 + 金属,酸 + 碱性氧化物,碱 + 酸性氧化物,以及酸 + 碳酸盐。
滴定入门
滴定是让一种溶液和浓度已知的溶液反应,从而求出它的未知浓度。浓度已知的溶液叫标准溶液(或滴定剂)。
- 用移液管准确取一定体积(比如 25.0 mL)的未知酸放进锥形瓶,加 2–3 滴指示剂。
- 在滴定管里装满标准碱溶液。眼睛与液面保持水平,读凹液面最低处,记下起始读数。
- 一边摇动锥形瓶一边加碱。快到终点时要一滴一滴地加。
- 在颜色第一次出现并且不再消失时停止:这就是滴定终点。记下最终读数。重复实验,直到两次结果相差不超过 0.10 mL(称为平行一致)。
等当点 = 按方程式,酸和碱的物质的量刚好相等的那一点。滴定终点 = 指示剂变色的那一点。好的指示剂能让两者几乎重合。
滴定曲线与指示剂的选择
以 pH 对加入碱的体积作图,会得到一条 S 形的滴定曲线。
- 强酸 + 强碱(HCl + NaOH):pH 从接近 1 开始,在约 3 到 11 之间陡然上升,等当点 pH 为 7。酚酞或甲基橙都可以用。
- 弱酸 + 强碱(CH₃COOH + NaOH):起点约 pH 3,中间有一段平缓的缓冲区,等当点高于 7(约 8.7)。用酚酞(变色范围 8.2–10)。在半等当点时,pH = pKa。
- 强酸 + 弱碱(HCl + NH₃):等当点低于 7(约 5)。用甲基橙(变色范围 3.1–4.4)。
- 弱酸 + 弱碱:没有明显的突跃,所以没有哪种指示剂效果好;要用 pH 计。
规则:选择变色范围落在曲线陡峭部分之内的指示剂。
滴定计算
物质的量 = 浓度(mol/L)× 体积(L)。要用配平方程式里的比例。
对于 HCl + NaOH(1 : 1):CaVa = CbVb。
对于 H₂SO₄ + 2NaOH:NaOH 的物质的量 = 2 × H₂SO₄ 的物质的量,所以 2CaVa = CbVb。
等当点之前(强酸):[H⁺] = (剩余酸的物质的量)÷(总体积)。等当点之后:[OH⁻] = (多余碱的物质的量)÷(总体积),然后 pH = 14 − pOH(25 °C 时)。
重点公式和概念
- n = C × V(V 用升)
- 1 : 1 的反应:C₁V₁ = C₂V₂
- a·CₐVₐ = b·C_bV_b(a、b 是每个酸/碱给出的 H⁺ / OH⁻ 的个数)
- pH = −log[H⁺]; pH + pOH = 14(25 °C)
- 弱酸在半等当点:pH = pKa
例题讲解
1. 写出名称:(a) HNO₂ (b) K₂SO₄ (c) Fe(OH)₂ (d) NaHCO₃。
(a) 亚硝酸(氧少,叫“亚……酸”)。(b) 硫酸钾(硫酸 → 硫酸盐)。(c) 氢氧化亚铁,即氢氧化铁(II)。(d) 碳酸氢钠,是一种酸式盐。
2. 写出镁到氯化镁的转化链。
2Mg + O₂ → 2MgO;MgO + H₂O → Mg(OH)₂;Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O。
3. 25.0 mL 的 HCl 需要 20.0 mL 的 0.100 M NaOH 才能中和。求 [HCl]。
n(NaOH) = 0.100 × 0.0200 = 0.00200 mol = n(HCl)。C = 0.00200 ÷ 0.0250 = 0.0800 M。
4. 20.0 mL 的 H₂SO₄ 被 32.0 mL 的 0.250 M NaOH 中和。求 [H₂SO₄]。
n(NaOH) = 0.250 × 0.0320 = 0.00800 mol。H₂SO₄ : NaOH = 1 : 2,所以 n(H₂SO₄) = 0.00400 mol。C = 0.00400 ÷ 0.0200 = 0.200 M。
5. 25.0 mL 0.100 M 的 HCl。加入 20.0 mL 0.100 M 的 NaOH 后,求 pH。
酸 0.00250 mol,碱 0.00200 mol。剩余 H⁺ = 0.000500 mol,在 45.0 mL 中。[H⁺] = 0.000500 ÷ 0.0450 = 0.0111 M。pH = 1.95。
6. 同一个锥形瓶,加入 30.0 mL NaOH 后,求 pH。
碱 0.00300 mol,多余 OH⁻ = 0.000500 mol,在 55.0 mL 中。[OH⁻] = 0.00909 M,pOH = 2.04,pH = 11.96。仅仅多加 10 mL,pH 就从约 2 跳到约 12,这就是曲线的陡峭部分。
常见错误
- 算物质的量之前忘了把 mL 换成 L。
- 对 H₂SO₄ + NaOH 也用 C₁V₁ = C₂V₂;必须用 1 : 2 的比例。
- 以为等当点一定在 pH 7。只有强酸 + 强碱才是 7。
- 读滴定管时视线高于或低于凹液面(视差误差),或者没有先用滴定剂润洗滴定管。