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酸、碱、盐与滴定

无机化合物大致分为四类:氧化物、酸、碱和盐。它们之间有联系:金属生成碱性氧化物,碱性氧化物再生成碱,碱和酸反应生成盐和水。滴定就是利用这个中和反应来测未知浓度:把已知浓度的碱从滴定管里慢慢加入,直到酸刚好反应完(等当点)。这时按反应比例有 n(酸) = n(碱),对于 1 : 1 的反应就是 C₁V₁ = C₂V₂。

🎬 分步故事

  1. 大多数无机化合物属于四类:酸、碱、盐和氧化物。每一类的化学式都有自己的规律。
  2. 这几类物质像一棵家谱树连在一起。金属燃烧得到碱性氧化物,氧化物加水得到碱,碱再和酸反应得到盐。
  3. 现在我们用最后这个反应来测量。锥形瓶里有 25 mL 酸,滴定管里装着浓度已知的碱。
  4. 我们慢慢加碱。一开始 pH 只上升一点点,因为瓶里还有很多酸,可以把加进去的碱消耗掉。
  5. 到接近 25 mL 时,酸几乎用完了。再多加一滴,pH 就从约 3 跳到 11,指示剂变成粉红色。这就是等当点。
  6. 轮到你了。拖动滑块加入碱,找到颜色刚好改变时的体积,并读出 pH。

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🤔 常见疑问,一次讲清

NH₃ 的化学式里没有 OH,为什么它是碱?

按布朗斯特–劳里的理论,碱就是接受质子的物质。NH₃ 从水里抢走 H⁺,生成 NH₄⁺ + OH⁻。

为什么金属氧化物是碱性的,而非金属氧化物是酸性的?

金属氧化物和水生成氢氧化物(CaO → Ca(OH)₂);非金属氧化物和水生成酸(SO₂ → H₂SO₃)。顺着第 2 步的链条看一看。

为什么要用滴定管,而不能只用量筒?

滴定管能读到 0.05 mL,还能一滴一滴地加,所以你可以正好停在变色的那一刻。

为什么前 20 mL 里 pH 几乎不变?

因为还有很多酸。每加 1 mL 只中和一小部分 H⁺,而且 pH 是对数标度。看第 4 步里那些矮矮的柱子。

为什么一滴就能让颜色改变?

接近等当点时,几乎没有酸了,所以一滴碱就能让溶液从微酸变成碱性,pH 一下子跳进指示剂的变色范围。

等当点一定在 pH 7 吗?

只有强酸 + 强碱才是。弱酸 + 强碱高于 7;强酸 + 弱碱低于 7。

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

酸、碱、盐的命名

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)。

  1. 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。
  2. 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。
  3. 一边摇动锥形瓶一边加碱。快到终点时要一滴一滴地加。
  4. 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。

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

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

练习测验

1. 下列哪个是两性氧化物?
2. 亚硫酸的盐叫做:
3. 用 NaOH 滴定 CH₃COOH,最合适的指示剂是:
4. 25 °C 时,HCl + NaOH 在等当点的 pH 是:
5. 15.0 mL 0.200 M 溶液中 NaOH 的物质的量:

练习:自己动手回答

输入或选择你的答案,然后点“检查”。卡住了就看提示;回答后会显示完整解答。

常见问题

用简单的话说,什么是滴定?

把已知浓度的溶液一滴一滴加到另一种溶液里,直到两者刚好完全反应,这样就能算出未知溶液的浓度。

滴定终点和等当点有什么区别?

等当点:按方程式,酸和碱的物质的量刚好相等。滴定终点:指示剂变色。好的指示剂能让两者几乎相同。

盐怎么命名?

先读金属名,再读酸根:硫酸生成硫酸盐,亚硫酸生成亚硫酸盐,盐酸(无氧酸)生成氯化物。

哪里会学到

USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Chemical Reactions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Thermochemistry
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Acids and Bases
Russia11 классTheoretical foundations of chemistry

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