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中和反应

2021-07-16 12:27:26

中和反应是化学反应中复分解反应的一种,是指互相交换组分,生成盐和水的反应,在中和的过程中,酸里的氢离子和碱中的氢氧根离子会结合成水。中和反应的过程会释放热量,属于放热反应,摩尔氢氧根和氢离子反应吸收55.90千焦耳热量。

一般来说,反应如此进行:

酸 + 碱/盐基 → 盐 + 水

例如,盐酸和氢氧化钠发生中和反应,产生氯化钠和水:

HCl(aq)+ NaOH(aq)→ NaCl(aq)+ H2O(l)

因为在这个反应中HCl和NaOH离解为离子,所以离子方程式是:

H(aq)+ Cl(aq)+ Na(aq)+ OH(aq)→ Na(aq)+ Cl(aq)+ H2O(l)

因为钠离子和氯离子都只是“旁观离子”,不包括在反应中,净离子反应式成为:

H(aq)+ OH(aq)→ H2O(l); ΔrH = −57.3 kJ mol

最终pH值

中和反应发生后最终产物的pH值不一定是7。如果一强酸与强碱参与中和反应,除非浓度不一样,否则其产物的pH则会是7左右,如强酸盐酸和强碱氢氧化钠发生中和反应,产生氯化钠和水。

  • 若一弱酸与强碱/强盐基反应,最终产物的pH则会大于7。例如:弱酸醋酸与强碱氢氧化钠之间的反应。
CH3COOH + NaOH → Na + H2O + CH3COO

其中,钠离子为旁观离子;醋酸则是一种不会完全电离的弱酸,并会在水中释出氢氧根离子。

CH3COO + H2OCH3COOH + OH

因此,反应最终的产物是碱性的。

  • 若一强酸与弱碱/弱盐基反应,最终产物的pH则会小于7。例如:强酸氢氯酸和弱盐基CN会反应并生成氯离子和氢氰酸。
CN + HCl → Cl + HCN

其中,氯离子为旁观离子,生成的氢氰酸则为弱酸,会不完全电离并产生H3O离子。

HCN + H2OCN + H3O

因此,反应最终的产物是酸性的。

  • 若一弱酸与弱碱/弱盐基反应,最终产物的pH则取决于参与反应的酸和碱/盐基的强弱度是如何了。

计算

被用作中和反应的酸和碱/盐基是需要同等的摩尔,因此

a × [A] × Va = b × [B] × Vb

其中a是酸可电离得的氢原子数目;b则为常数,表示了碱/盐基可接收H3O离子的数目。 [A]和[B]分别为酸和碱/盐基的浓度;Va 和 Vb则分别代表了酸和碱/盐基的容量。

应用

  • 酸碱中和滴定利用了中和反应,以测定未知溶液的浓度。
  • 在污水处理方面,中和反应则常常用来减低水中污染物对环境的伤害,例如加入不同的化学品以控制污水的酸碱度。
  • 抗酸药则用以中和造成胃部和下食道不适的过多胃酸(其中主要的成分为氢氯酸),服用碳酸氢钠亦可解决这个问题。
  • 农夫常常加入熟石灰(氢氧化钙)和石灰石(碳酸钙)于泥土,以中和因呈酸性而难以让植物生长的土壤。
  • 使用弱碱(NH3),中和硫酸硝酸后制得的硫酸铵和硝酸铵可用作制造肥料。
  • 人的皮肤被蚂蚁叮过后会产生蚁酸,令皮肤痒痒的,涂上适量的稀氨水或肥皂水(含有微碱)可中和蚁酸,从而对皮肤起了缓和作用。