酸
铜臭 / 2022-07-18
一、酸的组成、分类和命名
常用的酸有盐酸( HCI )、硫酸(H₂SO₄)和硝酸( HNO₃) 等，它们在水溶液中能电离出氢离子(H⁺)和酸根离子。酸根离子就是酸电离后形成的阴离子(或原子团)，例如:
HC1=H⁺+Cl
H₂SO₄=2H⁺+ SO₄²⁻
HNO₃=H⁺+NO₃⁻
可以看出，酸电离后所生成的阳离子，全部都是氢离子 (H⁺)。化学上，把在电离时生成的阳离子全部是氢离子的化合物叫做酸。
必须指出，有的化合物在电离时，除能生成氢离子外，还有其它阳离子生成时，就不属于酸类而属于盐类。例如碳酸氢钠 ( NaHCO₃)在溶液中电离如下:
NaHCO₃=Na⁺+HCO₃⁻
HCO₃⁻⇔H⁺+CO₃²⁻
故NaHCO₃是盐而不是酸。因此必须强调，在电离时所生成的 阳离子，“全部” 是氢离子时的化合物才是酸。
酸可分为含氧酸和无氧酸。含有氧的酸叫做含氧酸，不含氧的酸叫做无氧酸。含氧酸中除氢氧两元素外还有第三种元素，酸的名称就用此第三种元素的名称来命名。例如，H₂SO₄叫硫酸; H₃PO₄叫磷酸;只有HNO₃例外， 不叫氨酸，而叫硝酸。这是 因为HNO₃最早是由“硝石”( KNO₃)制得的，因此习惯上叫硝酸。如果某元素能生成几种含氧酸，那么就以其中较稳定，而且是常见的酸叫某酸，其它酸中该元素化合价比它低时叫亚某酸，比它更低时叫次某酸，比它的化合价高时叫高某酸。例如， HCIO₃叫氯酸，其中CI是+ 5价; HCIO₂中的Cl是+3价， 叫 亚氯酸; HCIO中的Cl是+1价，叫次氯酸; HCIO₄中的C1是+7价，叫高氯酸。
无氧酸一般由两种元素(即氢和一种非金属元素)组成。它的命名是在氢字的后面加上另一种元素的名称，叫做氢某酸。例如，HCl叫氢氯酸，俗称盐酸; HF叫氢氟酸; H₂S叫氢硫酸。
书写酸的分子式时，应把氢元素写在前面，酸根写在后面。 在无氧酸中，非金属元素的负离子就是酸根，如盐酸( HCI)的酸根就是氯离子(Cl⁻);在含氧酸中，第三种元素和氧组成的 原子团就是酸根，如硫酸( H₂SO₄)的酸根就是SO₄²⁻，称为硫酸根。氢原子的个数和酸根的价数必须相等。
根据酸分子中能被金属取代的氢原子个数，把酸分为一元酸、二元酸和三元酸。例如HCl只有一个可置换的氢原子，称为一元酸; H₂SO₄有两个可置换的氢原子，称为二元酸; H₃PO₄则是三元酸。
二、酸的共性
由于各种酸的酸根不同，所以它们的物理性质和化学性质也都有差异。各种酸在常温常压时的聚集状态不同:有些酸是气态化合物的水溶液，如盐酸是氯化氢气体的水溶液，氢硫酸是硫化氢气体的水溶液;有些酸呈液态，如纯硫酸是粘滞的油状液体， 常用的有机酸一如醋酸 ( CH₃COOH,简写为HAc)是无色液体，但在16.5°C以下时，醋酸96%以上)即凝固成冰状固体，故又称冰醋酸;有些酸呈固体，如硼酸(H₃BO₃)、磷酸 ( H₃PO₄)都是白色的固体，但市售商品磷酸为浓度83~88%的水溶液，是粘稠液体。显然，气态化合物水溶液所形成的酸挥发性大，液态和固态酸的沸点愈高，挥发性愈小，如H₂SO₄的沸点高，因此挥发性很小。各种酸都保持其酸根的特性，如硫 酸中的硫酸根( SO₄²⁻)仍然能与钡离子( Ba²⁺)生成硫酸钡(BaSO₄)白色沉淀，盐酸中的氯离子仍能和银离子(Ag⁺)生成氯化银(AgCl)白色凝乳状沉淀。各种酸的酸性强弱也不相同，硝酸、盐酸和硫酸是强酸，磷酸是中强酸，其它一般为弱酸。
因各种酸中都有氢离子(H⁺)，所以又有酸的共性，如物理性质都有酸味,但其共性主要表现在化学性质上,现分述如下:
1.酸的水溶液能使指示剂变色。酸溶液能使蓝色石蕊试纸现红色，但却不能使酚酞显色。例如，。以稀盐酸润湿蓝色石蕊试纸和向盛有稀盐酸的试管中滴入2~3滴酚酞指示剂，可看到稀盐酸溶液使蓝色石蕊试纸变成红色，但滴加酚酞指示剂的溶液仍是无色透明的。由此可知，稀盐酸呈酸性反应。用石蕊试纸和酚酞指示剂试其它酸，也得同样结果。
2。酸和金属氧化物反应生成盐和水。例如把Fe₂O:₃放入盐酸溶液中，就能与酸作用生成水和氯化铁:
Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O
在工业上，可利用这一反应原理，来清除各种设备上的金属氧化物。但在清洗时必须加缓蚀剂，以免金属受到酸的腐蚀。
3.酸和碱作用生成盐和水。例如盐酸和氢氧化钙作用生成氯化钙和水：
2HCl+Ca(OH)₂= CaCl₂+2H,₂
4.酸和盐作用生成新酸和新盐。例如用挥发性较小的浓硫酸 (H₂SO₄)与氯化钠( NaCl)溶液作用，可制得挥发性较大的HCI和Na₂SO₄：
5.酸和金属作用生成氢气和盐(硝酸和浓硫酸除外)。大多数金属都能和酸反应生成氢气与盐。例如，锌、铁都能和盐酸发生下列反应:
Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑
Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑
这种由一种单质和一种化合物发生作用，生成另-种单质和另一种化合物的反应叫置换反应。
但也有一些金属如铜、银等并不与酸发生置换反应，即使能，与酸发生置换反应的各金属中，有些作用很剧烈，反应进行很快，如盐酸与锌反应;有些则作用比较缓慢，如盐酸与铁反应。这说明了各种金属从酸中置换出氢的能力是不同的，即它们的活泼性是有差别的。化学上根据金属置换酸分子中氢的能力大小，将各种金属顺次排列，这个顺序叫做金属活动顺序，其排列如下 (金属活泼性由左向右逐渐减弱) :
K、Ca、Na、Mg、Al、Mn、Zn、Fe、Ni、Sn、Pb、H、 Cu、Hg、Ag、Pt、 Au
在金属活动顺序表中，金属的位置越前，它的金属活泼性越强，与酸反应越剧烈。排在氢前面的金属都能从酸中置换出氢，而排在氢后面的金属则不能置换出酸中的氢。
三、常用的酸
常用的酸有盐酸(HCI)、硫酸(H₂SO₄)和硝酸(HNO₃)等，它们都具有酸的通性，下面仅叙述它们的特性:
1.盐酸(HCl)。盐酸是氯化氢(HCl)气体的水溶液，纯净的盐酸是无色的透明液体。工业上用的盐酸常因含有杂质 ( Fe₃⁺)而显黄色。盐酸是一种挥发性酸，有刺激性气味，挥发出的HCI气体遇到空气里的水蒸气成为盐酸的小液滴，而形成白雾。常用的浓盐酸中所含HCl约为37%，比重为1.19。
盐酸是一种强酸，它能腐蚀钢铁设备、皮肤和衣服，它的酸雾能污染环境、腐蚀周围设备、损坏附近农作物，故保存时应密封，使用时应加注意。
盐酸的用途很广，如焊接、电镀、搪瓷、制药和制革等都需用盐酸。在发电厂水处理工艺中，常用作氢型阳离子交换剂的再生剂以及锅炉清洗剂。
2.硫酸(H₂SO₄)。纯净的浓硫酸是无色粘稠的油状液体，工业上用的硫酸常因含有杂质而显淡褐色。常用浓硫酸的浓度为 98.3%，比重1.84。 浓硫酸( 98.3% )的沸点较高( 338°C )，故不易挥发。浓硫酸具有下列一些特殊的性质:
(1)吸水性和脱水性。浓硫酸具有强烈的吸水性，很容易和水分子结合生成硫酸的水合物并放出大量的热。所以用水稀释浓硫酸时，必须特别注意，一定要把浓硫酸慢慢地沿着容器壁或玻璃棒倒入水中,并不断搅拌使产生的热量迅速散开，切不可将水直接倒入浓硫酸里，因为这样释放出的热量就会使水立即沸腾，带着酸液飞溅，造成伤害事故。
由于浓硫酸具有吸水性，所以在生产上和实验室中常把它用作吸水剂和干燥剂。
浓硫酸不仅能直接吸收水分，而且还能从蔗糖、淀粉、木材、棉布和纸张等有机物中吸取水分。因为这些有机物都是由碳、氢、氧三种元素组成的，其中氢、氧原子的比例是2:1,和水的组成相同(这些有机物又称碳水化合物)。当这些碳水化合物与浓硫酸接触时，其中的氢氧原子按水的组成被浓硫酸夺取而留下了碳,这种现象叫碳化。例如浓硫酸注入盛有蔗糖(C₁₂H₂₂O₁₁)的容器中，蔗糖分子中的氢氧原子按水的组成被H₂SO₄夺取，剩下了黑色的碳。
浓硫酸的这种性质叫做脱水性。放使用浓硫酸时，应十分注意。如果不慎将浓硫酸藏到皮肤或衣服上，应立即用大量清水冲洗，再用0.5%碳酸氢钠溶液中和残留的酸。
(2)氧化性。稀硫酸和不活泼的金属铜(在活动顺序表中 排在氢的后面) ,不能起置换反应，而热的浓盛酸和销能相互作用(但不是置换反应)，其生成物为硫酸铜和一种有刺激性臭味的二氧化硫气体:
式中Cu的化合价自0价→+2价，S自+6价→+4价。 这类元素的化合价在反应前后有改变的反应称为氧化还原反应(详见第八章)。在反应中某元素化合价升高时称为“被氧化”，化合价降低时称为“被还原”。在上式中，Cu的化合价升高，故Cu被氧化了; H₂SO₄中的S化合价降低，故S被还原了。Cu被H₂SO₄中的S所氧化，也就是Cu把H₂SO₄中的S还原了;同样，H₂SO₄中 的S被Cu所还原，也就是H₂SO₄中的S把Cu氧化了。这种自身被氧化而使另一物质还原的物质，称为还原剂，如上式中的Cu;自身被还原而使另一物质氧化的物质，称为氧化剂，如上式中的H₂SO₄。必须注意，还原剂和氧化剂是指整个化合物，并不是指其中的某元素，因此H₂SO₄是氧化剂，而并不是H₂SO₄中的S是氧化剂。
必须指出，这里所说的氧化、还原反应和第一章 中所说的氧化、还原反应并不矛盾，只是更广义了。第一章中谈的只局限于物质与氧化合时称氧化和与氢气作用时称还原，只是狭义的氧化还原反应。
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