酸

酸碱化学

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酸（有时用“HA”表示）的传统定义是当溶解在水中时，溶液中氢离子的浓度大于纯水中氢离子浓度的化合物。换句话说，酸性溶液的pH值小于7。 酸一般呈酸味，但是品尝酸（尤其是高浓度的酸）是非常危险的。酸可以和碱发生中和作用，生成水和盐。酸可分为无机酸和有机酸两种。

• 氢氯酸，硫酸和硝酸都被称为矿酸，因为它们从前都是透过矿物制得的。
• 浓酸具腐蚀性，而稀酸则具刺激性(注意:稀氢氟酸也具有腐蚀玻璃的能力)。

目录 [隐藏] 1 酸的定义 2 酸的性质 3 食物中的酸 4 酸性与氢离子的关系 4.1 依电离氢离子数目分类 5 浓酸的危险性 6 处理浓酸要注意的地方 7 常见的无机酸 8 强酸 9 酸性强度的判别 9.1 常见强酸 9.2 超强酸 10 参考 11 参看

[编辑] 酸的定义

酸在化学中主要有以下三种定义：

1. 阿伦尼乌斯(S. Arrhenius)酸。指的是溶解于水时释放出的阳离子全部是氢离子的化合物。
2. 布朗斯特.劳里（Brønsted-Lowry）酸。这种定义认为能提供质子的粒子是酸，能接受质子的粒子是碱。参看酸碱质子论。它比阿伦尼乌斯的定义要广泛，因为这种定义下的酸包含了不溶于水的物质。
3. 路易斯（Lewis）酸。酸被定义为电子的接受者，这是范围最广泛的定义，因为路易斯酸碱不需要氢或氧的存在。参看酸碱电子论。

[编辑] 酸的性质

• 带有酸味

• 酸性溶液（包含酸溶液）能使通用酸碱指示剂变成偏暖色。主要是因为酸能释放出氢离子（H⁺）。

其他指示剂:

• 蓝色石蕊试纸:酸能令蓝色石蕊试纸(一种能显示酸性的纸张)变成红色。
• 甲基橙:当pH值是0至3.1，酸能令甲基橙由黄色变成红色；当pH值是3.1至4.4，酸能令甲基橙由黄色变成橙色。
• 酸基本上对酚酞不会起颜色变化，维持无色，但当pH值小于0时，酚酞的颜色会转变成橙红色；在pH为0至8.2时为无色透明；在pH为8.2至12时为粉红色；在pH为12以上为无色。

• 所有酸的水溶液都能够导电，这是由于氢离子及酸根离子的存在，它们可以在电极之间作电荷交换，从而导电。因此酸也是一种电解质。

• 和某些金属单质反应　：

稀酸能与部分金属单质（多是活性高于铜Cu的金属，如钙Ca、镁Mg、铁Fe、锌Zn等）产生反应，生成盐和氢气。

金属活性序（由高至低）：钾K、钠Na、钙Ca、镁Mg、铝Al、锌Zn、铁Fe、锡Sn、铅Pb、铜Cu、汞Hg、银Ag、铂Pt、金Au）

稀酸 + 金属 → 氢气 + 盐

H₂SO₄ + Ca → H₂↑ + CaSO₄

H₂SO₄ + Mg → H₂↑ + MgSO₄

H₂SO₄ + Fe → H₂↑ + FeSO₄

H₂SO₄ + Zn → H₂↑ + ZnSO₄

2HCl + Ca → H₂↑ + CaCl₂

2HCl + Mg → H₂↑ + MgCl₂

2HCl + Fe → H₂↑ + FeCl₂

2HCl + Zn → H₂↑ + ZnCl₂

• 稀酸不会和铜、汞、银、铂、金等金属反应。稀硝酸和金属的反应比较特别，它会和金属产生氧化还原反应，生成一氧化氮NO(无色气体)而不会产生氢气，只有极稀的硝酸才会和金属缓慢反应产生少量的氢气。因此在工业中很少用硝酸直接与金属接触制备硝酸盐，多利用置换反应制造。
• 要注意的是金属单质铅Pb和稀酸(特别是硫酸H₂SO₄和盐酸HCl)的反应中，基于铅的活性什低，起初反应速度十分缓慢，而这反应还会在很短时间内停止。因为氯化铅PbCl₂和硫酸铅PbSO₄也是不水溶性的固体，它会覆盖在金属铅表面形成保护膜阻止了金属铅与酸反应，而令该反应逐渐停止。
• 钾K和钠Na由于太过活跃，会和稀酸产生危险的爆炸性反应，因此工业上不会利用此方法制备钾盐和钠盐。
• 铝虽然也是十分活跃，但它一暴露在空气中就会与空气中的氧气生成致密氧化物保护膜，也会阻止了之后酸和金属铝的接触反应，所以金属铝不在此列。铝 能够与稀的强酸（如稀盐酸，稀硫酸等）进行反应，生成氢气和相应的铝盐。在常温下，铝在浓硝酸和浓硫酸中被钝化，不与它们反应，所以浓硝酸是用铝罐（可维 持约180小时）运输的。

• 和氢氧化物（碱）发生中和反应放出盐和水

酸 + 碱 → 盐 + 水。主要是因为酸中的氢离子（H⁺）和碱中的氢氧根离子OH^-结合成水（H₂O），是复分解反应。

HCl + NaOH → H₂O + NaCl

H⁺ + OH^- → H₂O

• 和金属氧化物发生反应，生成盐和水

酸 ＋ 金属氧化物 → 水 ＋ 盐

2H⁺ + O^2- → H₂O

2HCl + CuO → CuCl₂ + H₂O

H₂SO₄ + CuO → CuSO₄ + H₂O

• 和碳酸盐反应生成盐、二氧化碳和水

碳酸盐 + 稀酸 → 盐 + 二氧化碳 + 水

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂ + H₂O

Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + CO₂ + H₂O

• 和碳酸氢盐反应生成盐、二氧化碳和水

碳酸氢盐 + 稀酸 → 盐 + 二氧化碳 + 水

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O

2NaHCO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2CO₂ + 2H₂O

Ca(HCO₃)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2CO₂ + 2H₂O

Ca(HCO₃)₂ + H₂SO₄ → CaSO₄ + 2CO₂ + 2H₂O

• 和盐酸生反应（复分解反应）

酸 + 盐 → 新盐 + 新酸（强酸 → 弱酸）

2HCl + Na₂CO₃ → 2NaCl + H₂O + CO₂↑

H₂SO₄ + Ba(ClO₃)₂ → BaSO₄ + 2HClO₃

[编辑] 食物中的酸

所有存在于天然食物中的有机酸都是弱酸。

• 抗坏血酸（维生素C） - 可在水果中找到
• 乙酸（醋酸） - 可在醋中找到
• 单宁酸 - 可在茶中找到
• 酒石酸 - 可在葡萄中找到
• 柠檬酸 - 可在橙和柠檬中找到
• 苯甲酸 - 可在蚝油找到

[编辑] 酸性与氢离子的关系

• 所有酸都能溶在水中产生水溶液且能导电，这证明了所有酸都可以在水中离解出离子。
• 当酸和金属反应会产生氢气，该氢气是原自酸的氢离子。
• 所有酸的水溶液都是含有氢离子，只有这样才能显出酸的特性。
• 纯净无水的酸都是含氢的共价分子结构化合物，它们溶于水中时会脱出其氢原子。
• 酸溶液的氢离子浓度愈高，其酸度就愈高。

[编辑] 依电离氢离子数目分类

盐基度是一种酸的每个分子最多能电离出的氢离子的数目。

• 盐基度 = 1：一元酸——如氢氯酸、硝酸、亚硝酸、乙酸

HCl --> H⁺ + Cl ^-

HNO₃ --> H⁺ + NO₃^-

HNO₂ --> H⁺ + NO₂^-

• 盐基度 = 2：二元酸——如硫酸、亚硫酸、碳酸

H₂SO₄ --> 2H⁺ + SO₄^2-

H₂SO₃ --> 2H⁺ + SO₃^2-

H₂CO₃ --> 2H⁺ + CO₃^2-

• 盐基度 = 3：三元酸——如磷酸

H₃PO₄ --> 3H⁺ + PO₄^3-

除一元酸以外的酸都称为二元酸或多元酸。

[编辑] 浓酸的危险性

• 浓酸都大多有强烈腐蚀性，如浓硫酸，它们都能对人体造成严重的化学烧伤。
• 浓酸的特性:

• 浓氢氯酸含35%氯化氢分子，浓度约为11M，是无色液体，具高度挥发性和腐蚀性。

• 浓硝酸含70%HNO₃分子，浓度约为16M，是无色液体(但很多时候因有分解反应令浓硝酸溶有红棕色的二氧化氮)，具高度挥发性，易分解出有毒的二氧化氮气体，硝酸有极强氧化性，因此造成极强腐蚀性。自我分解反应如下:4 HNO₃ → 2 H₂O + 4 NO₂ + O₂

• 浓硫酸含98%硫酸分子，浓度约为18M，是无色油状液体，不具挥发性，导电性能极低，但具极强的腐蚀性、氧化性和脱水性。

[编辑] 处理浓酸要注意的地方

• 浓酸应安放在烟橱中。
• 人手处理浓酸时要戴防护手套和安全眼镜。
• 稀释浓酸时，是要慢慢地把浓酸加入搅动中大量水中而不能相反，否则可引致沸腾，水连同强酸溅出可引致极大的危险。
• 若被强酸溅到人体，先用干布拭去，再用大量清水冲洗伤口，再用小苏打溶液冲洗，严重则要立即送医治理。

[编辑] 常见的无机酸

主条目：无机酸列表

• H₃BO₃ - 硼酸
• H₂CO₃ - 碳酸
• HOCN - 氰酸
• HClO₄ - 高氯酸
• HClO - 次氯酸
• HCl - 盐酸，氢氯酸
• HF - 氢氟酸
• HNO₃ - 硝酸
• HNO₂ - 亚硝酸
• H₃PO₄ - 磷酸
• H₂SO₄ - 硫酸
• H₂SO₃ - 亚硫酸
• H₂S - 氢硫酸

[编辑] 强酸

主条目：强酸

常见的强酸──硫酸的立体模型

强酸，是指在水溶液中完全电离的酸（硫酸这类多元酸不在此限），或以酸度系数的概念理解，则指pK_a值 < −1.74的酸。这个值可以理解为在标准状况下，氢离子的浓度等同于加入强酸后的溶液浓度。

大部分强酸均是腐蚀性的，但当中亦有例外。例如超强酸当中的碳硼烷酸(H(CHB₁₁Cl₁₁)，其酸性比硫酸高百万倍，但却完全不带有腐蚀性^[1]；相反，弱酸当中的氢氟酸（HF）却带有高度腐蚀性。它能够溶解极大部分的金属氧化物，诸如玻璃及除了铱以外的所有金属^[2]。

强酸在水溶液中完全离解的化学方程式如下所示：

HA(aq) → H⁺(aq) + A⁻(aq)

一般酸不会在水中完全离解，因此多以化学平衡而不是完全反应的形式表示，弱酸就是指不完全离解的酸。用酸度系数作为区别强酸与弱酸的作用并不明显（因为数值差距较难理解及不明显），因此用方程式去区别两者更为合理。

由于强酸在水溶液中完全离解，因此氢离子在水中的浓度等同于将该酸带到其他的溶液当中：

[HA] = [H⁺] = [A⁻]；pH = −log[H+]

[编辑] 酸性强度的判别

除了透过计算pH值来衡量不同酸的强度外，透过观察以下的性质也可以判别出不同类别的酸的强度：

1. 电负性：在同一元素周期下其共轭碱的负电性愈高，它的酸度就愈高。
2. 原子半径：原子半径增加，其酸度也会增加。以氢氯酸及氢碘酸为例，两者均是强酸，在水中均会电离出100%的相应离子。但是氢碘酸的酸度比氢氯酸要强，这是因为碘的原子半径远大于氯的原子半径。带有负电荷的碘阴离子拥有较离散的电子云，因此与质子(H⁺)的吸力较弱，因此，氢碘酸电离（去质子化）的速度更快。
3. 电荷：电离后的物质愈带有正电荷，就愈高酸度。因此中性离子较阴离子容易放出质子，阳离子也比起其他分子均具有更高酸度。

[编辑] 常见强酸

(从最强到最弱)

• 高氯酸 HClO₄
• 氢碘酸 HI
• 氢溴酸 HBr
• 氢氯酸 HCl
• 硫酸 H₂SO₄ (K_a1/只限于第一酸度系数)
• 硝酸 HNO₃
• 水合氢离子 H₃O⁺ 或 H⁺。为方便起见，通常会以 H⁺取代H₃O⁺。但要注意的是，单独而孤立的质子在带有极性的水中不可能存在，而是常与水分子的其中一对孤偶电子对结合。这使在水合氢离子中的氧的形式电荷为+1。
• 一些化学家将氯酸(HClO₃)，溴酸(HBrO₃)，高溴酸 (HBrO₄)，碘酸 (HIO₃)，和高碘酸 (HIO₄)也列为强酸，但是没有被公认。

[编辑] 超强酸

主条目：超强酸

超强酸通常指酸性比纯硫酸更强的酸。简单的超强酸包括三氟甲磺酸（CF₃SO₃H）和氟磺酸（FSO₃H），它们的酸性都是硫酸的上千倍。在更多的情况下，超强酸不是单一纯净物而是几种化合物的混合物。

超强酸这一术语由詹姆斯·布莱恩特·科南特（James Bryant Conant）于1927年提出。乔治·安德鲁·欧拉因其在碳正离子和超强酸方面的研究获得1994年诺贝尔化学奖。

常见的超强酸（从最强到最弱）：

• 氟锑酸 HFSbF₅
• 魔酸 FSO₃HSbF₅
• 碳硼烷酸 H(CHB₁₁Cl₁₁)
• 氟磺酸 FSO₃H
• 三氟甲磺酸 CF₃SO₃H

[编辑] 参考

1. ^ Christopher A. Reed．Carborane acids. New "strong yet gentle" acids for organic and inorganic chemistry(Full article (reprint))．Chem. Commun.，2005：1669–1677．doi:10.1039/b415425h．
2. ^ Strachan, John（1999年1月17日）．A deadly rinse: The dangers of hydrofluoric acid．Professional Carwashing & Detailing．于2008年4月30日查阅．