最后更新: 2025-10-28 21:33 查看: 68 次纠错评论(0) 课件开VIP

酸碱中和与盐类水解

日常生活中有很多物质属于盐类，例如食盐、纯碱、明矾、味精等。盐类溶于水后会发生怎样的变化？为什么盐溶液会呈现出不同的酸碱性？本节我们将进一步认识酸碱中和滴定，了解盐类的水解反应及其应用。

## 酸碱中和滴定

酸与碱作用生成盐和水的反应称为酸碱中和反应，比如：

$$
\mathrm{HCl}+\mathrm{NaOH}=\mathrm{NaCl}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}
$$

酸碱中和反应中 $\mathrm{H}^{+}$和 $\mathrm{OH}^{-}$按照 $1: 1$ 的计量比进行反应：

即：

$$
n\left(\mathrm{H}^{+}\right)=n\left(\mathrm{OH}^{-}\right)
$$

$$
c\left(\mathrm{H}^{+}\right) V\left(\mathrm{H}^{+}\right)=c\left(\mathrm{OH}^{-}\right) V\left(\mathrm{OH}^{-}\right)
$$

因此可将酸碱中和反应用于物质的定量分析。用已知浓度的酸（或碱）溶液来测定未知碱（或酸）溶液的浓度，由此建立的定量分析方法称为酸碱中和滴定，简称酸碱滴定或中和滴定。

在酸碱中和滴定操作中，已知准确浓度的酸或碱溶液称为标准溶液，未知浓度的碱或酸溶液称为待测溶液。首先准确量取待测溶液的体积，然后用标准溶液进行滴定，当酸和碱恰好完全反应时达到化学计量点。选用合 适的酸碱指示剂，根据指示剂颜色的变化判断中和反应的完成，并确定它为滴定终点。

下面我们以 $0.1000 \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{~L}^{-1}$ 的氢氧化钠溶液滴定 20.00 mL 的 $0.1000 \mathrm{~mol} \cdot \mathrm{~L}^{-1}$ 盐酸为例。

![图片](/uploads/2025-10/3f8b5c.jpg)
 
图 3.6 表示滴定过程中溶液 pH 的变化。滴定前，溶液的 pH 取决于盐酸的浓度， pH为 1.0 。随着氢氧化钠溶液的滴人，盐酸被逐渐中和， $\mathrm{H}^{+}$浓度减少， pH 升高。当滴加的氢氧化钠溶液与盐酸的物质的量恰好相同时，达到化学计量点，此时溶液的 pH 等于 7.0 。当滴定到盐酸还有 0.02 mL （约半滴）未被中和时，溶液为酸性 $(\mathrm{pH}=4.3)$ ；当滴加的氢氧化钠溶液过量0.02 mL时，溶液为碱性（pH = 9.7），溶液的pH发生了突变，该pH范围也就是滴定突跃范围。我们可以根据滴定突跃范围来选择酸碱指示剂。这里选用酚酞做指示剂，当溶液从无色突变为浅红色时，达到滴定终点。酸碱中和滴定具有测定准确、操作简便的特点，因此广泛应用于科学研究、医疗卫生和工农业生产。

**实验 强酸与强碱的中和滴定**

以氢氧化钠标准溶液滴定未知浓度的盐酸为例。
1. 滴定管的使用
滴定管是准确测量放出液体体积的仪器，常用规格为50 mL和25 mL，分度值为0.1 mL，读数可估计到0.01 mL。图3.7 是 25 mL 滴定管，分红色和蓝色两种手柄。一般用红色手柄滴定管装酸性溶液，用蓝色手柄滴定管装碱性溶液。

![图片](/uploads/2025-10/06063b.jpg)
 
 滴定管的准备：滴定管清洗干净后，注入少量水检查活塞是否漏液。将滴定管用蒸馏水洗涤后，再分次用少量氢氧化钠标准溶液润洗滴定管2 ～ 3次，每次润洗液均从下端活塞放出。注入氢氧化钠标准溶液，打开活塞放出少量液体，赶尽活塞下端管内气泡使其充满液体，再慢慢调节滴定管内液面在“0”刻度处或“0”以下位置。滴定管的读数：滴定管上一般标有棕色刻度线，为便于观察，滴定管正对刻度线管壁上有白底蓝线。由于光在空气和液体中折射率不同，液面下蓝线较粗，液面上方蓝线较细，读数时正对刻度线，平视观察蓝线粗、细交界点所对的刻度即为准确读数，如图3.8所示。
 
2. 滴定的操作
溶液的准备：用洗净并经润洗的移液管准确移取20.00 mL（或从另一滴定管内放出）未知浓度的盐酸于150 mL锥形瓶中，滴加2滴酚酞试液。
滴定的操作：滴定时，一手控制滴定管活塞，另一手用拇指、食指和中指捏住锥形瓶颈部轻轻摇动，如图3.9所示。

![图片](/uploads/2025-10/ce68e7.jpg)
 
 滴定终点的判断：滴定时，要控制好速度，特别是接近终点时滴定速度应减慢。当加入最后半滴①氢氧化钠溶液恰好使溶液由无色变成浅粉红色，充分
摇动，若在30 s内颜色不褪，即为滴定终点。
计算待测盐酸的浓度

## 盐类水解
Na2CO3 是盐，溶于水后，溶液却呈碱性，为什么？我们可以先通过实验来探究这个问题。

**实验 盐溶液酸碱性的测定**
在室温下用pH计或pH试纸测定下列0.1 mol/L溶液的pH并填入下表。

![图片](/uploads/2025-10/22687b.jpg)
 
 溶液的酸碱性取决于［ $\mathrm{H}^{+}$］和［ $\mathrm{OH}^{-}$］的相对大小，以上这些盐的组成中既不含有 $\mathrm{OH}^{-}$，也不含有 $\mathrm{H}^{+}$，为什么盐溶液会呈现出酸碱性呢？

我们以 $\mathrm{NH}_4 \mathrm{Cl}$ 为例来分析它的水溶液呈酸性的原因。
$\mathrm{NH}_4 \mathrm{Cl}$ 溶液中存在着下列电离过程：

![图片](/uploads/2025-10/946225.jpg)
 
 由于 $\mathrm{NH}_4^{+}$和 $\mathrm{OH}^{-}$结合生成弱电解质 $\mathrm{NH}_3 \cdot \mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ ，消耗了溶液中的 $\mathrm{OH}^{-}$，使 $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ 的电离平衡向电离的方向移动，导致溶液中 $\left[\mathrm{H}^{+}\right]>\left[\mathrm{OH}^{-}\right]$，所以 $\mathrm{NH}_4 \mathrm{Cl}$ 溶液呈酸性。上述作用的总反应可以表示为：

$$
\mathrm{NH}_4^{+}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{NH}_3 \cdot \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+\mathrm{H}^{+}
$$

同样， $\mathrm{CH}_3 \mathrm{COONa}$ 溶液中存在着下列电离过程：

![图片](/uploads/2025-10/0f24e2.jpg)
 
 
 $\mathrm{CH}_3 \mathrm{COO}^{-}$和 $\mathrm{H}^{+}$结合生成弱电解质 $\mathrm{CH}_3 \mathrm{COOH}$ ，消耗了溶液中的 $\mathrm{H}^{+}$，使 $\mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ 的电离平衡向电离的方向移动，导致溶液中 $\left[\mathrm{OH}^{-}\right]>\left[\mathrm{H}^{+}\right]$，所以 $\mathrm{CH}_3 \mathrm{COONa}$ 溶液呈碱性。上述作用的总反应可以表示为：

$$
\mathrm{CH}_3 \mathrm{COO}^{-}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{CH}_3 \mathrm{COOH}+\mathrm{OH}^{-}
$$

以上在溶液中由盐电离生成的离子与水电离生成的 $\mathrm{H}^{+}$或 $\mathrm{OH}^{-}$结合成弱电解质的反应，叫做盐类的水解反应，简称盐类水解。强酸强碱盐不发生水解，溶液呈中性；强酸弱碱盐水解，溶液呈酸性；强碱弱酸盐水解，溶液呈碱性。

显然，如果盐类水解产生的弱酸越弱（ $K_{\mathrm{a}}$ 越小 ）或弱碱越弱（ $K_{\mathrm{b}}$ 越小），则盐溶液水解的倾向就越大，则盐溶液的碱性或酸性就越强。

多元酸根离子的水解是分步进行的，例如碳酸钠的水解反应为：

$$
\begin{aligned}
\mathrm{CO}_3^{2-}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} & \rightleftharpoons \mathrm{HCO}_3^{-}+\mathrm{OH}^{-} \\
\mathrm{HCO}_3^{-}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} & \mathrm{H}_2 \mathrm{CO}_3+\mathrm{OH}^{-}
\end{aligned}
$$

一般第二步水解的程度很小，可以忽略。
有些金属离子也是分步水解的，但这类离子的水解反应一般比较复杂，通常以总反应表示。例如，氯化铁的水解反应可以表示为：

$$
\mathrm{Fe}^{3+}+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3+3 \mathrm{H}^{+}
$$

大多数金属离子水解反应进行的程度很小，无明显沉淀或气体生成。

![图片](/uploads/2025-10/59d2a0.jpg)
 
> 水溶液中 $\mathrm{Fe}^{3+}$ 的颜色
$\mathrm{Fe}^{3+}$ 在水溶液中以水合三价铁离子 $\left[\mathrm{Fe}\left(\mathrm{H}_2 \mathrm{O}\right)_6\right]^{3+}$的形式存在，呈淡紫色，而我们看到的却是黄棕色，甚至红棕色的。这主要是因为三价铁盐溶于水后发生水解。 $\mathrm{pH}=1$ 时，开始水解； pH 为 $2 \sim 3$ 时，水解趋势明显， $\mathrm{Fe}^{3+}$ 主要以羟基水合离子形式存在，溶液颜色为黄棕色；随着 pH 继续升高，溶液由黄棕色逐渐变为红棕色，最后形成红棕色的 $\mathrm{Fe}_2 \mathrm{O}_3 \cdot n \mathrm{H}_2 \mathrm{O}$ 沉淀。

## 水解平衡的移动
与其他平衡一样，盐类水解也会受外界条件的影响，溶液的温度、外加酸或碱等条件的改变会引起盐类水解平衡的移动。

盐类的水解反应一般为中和反应的逆反应。中和反应是放热反应，因而水解反应是吸热反应。升温可以促进盐类水解反应的进行。

盐溶液中外加酸或碱，可以抑制或促进盐类水解反应的进行。例如，在氯化铵溶液中提高 $\mathrm{H}^{+}$浓度可以抑制盐的水解；提高 $\mathrm{OH}^{-}$浓度，可以促进盐的水解。

在日常生活和工农业生产中常用到盐的水解反应。例如，利用碳酸钠溶液水解后的碱性可以清洗油污，而加热可以促进碳酸钠的水解使 $\mathrm{OH}^{-}$浓度增大。所以为增强纯碱的去油污能力，用热的溶液效果更好。

铝盐或铁盐在水溶液中会发生水解，例如俗称明矾的十二水合硫酸铝钾 $\left[\mathrm{KAl}\left(\mathrm{SO}_4\right)_2 \cdot 12 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}\right]$ ，在水中可以完全解离成 $\mathrm{K}^{+} 、 \mathrm{Al}^{3+}$ 和 $\mathrm{SO}_4^{2-}$ 等离子。 $\mathrm{Al}^{3+}$ 离子发生下列水解反应：

$$
\mathrm{Al}^{3+}+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_3+3 \mathrm{H}^{+}
$$

利用水解产生的 $\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_3$ 胶体吸附水中的杂质，可用来净水。

#### 泡沫灭火器

人们利用水解反应产生二氧化碳气体设计出泡沫灭火器，如图3．11所示。塑料内筒中装有浓 $\mathrm{Al}_2\left(\mathrm{SO}_4\right)_3$ 溶液，内外筒之间装有 $\mathrm{NaHCO}_3$ 浓溶液。使用时将灭火器倒置，两溶液混合后发生剧烈反应，产生的大量气体和沉淀一起以泡沫形式喷出，覆盖在燃烧物的表面以隔绝氧气，从而达到灭火的效果。
$\mathrm{NaHCO}_3$ 溶液和 $\mathrm{Al}_2\left(\mathrm{SO}_4\right)_3$ 溶液中分别存在以下水解平衡：

$$
\begin{aligned}
& \mathrm{HCO}_3^{-}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{H}_2 \mathrm{CO}_3+\mathrm{OH}^{-} \\
& \mathrm{Al}^{3+}+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{Al}(\mathrm{OH})_3+3 \mathrm{H}^{+}
\end{aligned}
$$

两者混合后， $\mathrm{Al}^{3+}$ 和 $\mathrm{HCO}_3^{-}$水解分别产生的 $\mathrm{H}^{+}$和 $\mathrm{OH}^{-}$反应生成了水，促进了两个水解平衡不断向右移动，直至水解完全。

![图片](/uploads/2025-10/c09244.jpg)
 
 
此时发生的总反应可以表示为：

$$
3 \mathrm{HCO}_3^{-}+\mathrm{Al}^{3+}=\mathrm{Al}(\mathrm{OH})_3 \downarrow+3 \mathrm{CO}_2 \uparrow
$$

`例` 配制 $\mathrm{FeCl}_3$ 溶液时，为了防止溶液出现浑浊，可以采取哪些措施并阐述理由。

解 直接配制 $\mathrm{FeCl}_3$ 水溶液时，由于 $\mathrm{Fe}^{3+}$ 会水解生成 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3$ ，溶液常会出现浑浊并呈弱酸性，其水解反应如下：

$$
\mathrm{Fe}^{3+}+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightleftharpoons \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_3+3 \mathrm{H}^{+}
$$

根据平衡移动原理，增加溶液中氢离子的浓度，就可以抑制 $\mathrm{Fe}^{3+}$ 水解反应的发生。所以一般的配制方法是将 $\mathrm{FeCl}_3$ 先溶于浓盐酸中，然后加水稀释到所需浓度。

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