在高中化学学习和考试中我们常常会遇到关于对物质进行必要酸化处理的问题,主要涉及离子鉴别时对溶液酸化排除干扰、化学实验时提供环境的问题,下面就从三个方面,谈一谈酸化问题。
一、 酸化的含义
酸化是指在溶液中加入氢离子(H+)使溶液的pH值变小且加入的酸不会与原溶液中的离子发生反应(即在溶液里加酸,使溶液呈酸性)。
二、 酸化的作用
1. 抑制一些强酸弱碱盐的水解。例如:在制备氯化铁胶体时要加盐酸进行酸化。其目的是要抑制其水解。
2. 促进一些强碱弱酸盐的水解。例如:欲将溶液中的CO32- 除尽常常要进行酸化,由于酸中和了CO32-水解产生的OH-,促进水解,使之生成HCO3-,进一步水解生成H2CO3 。碳酸易分解,配合以适当的加热 ,即可除去。
3. 增强氧化剂的氧化性。例如:酸化的高锰酸钾(重铬酸钾)溶液,即在高锰酸钾溶液中加入稀硫酸等非还原性酸(如盐酸),用来调节酸度以增强高锰酸钾溶液的氧化性。也不能加入酸化酸的酸如硝酸,因为这样会引入多种氧化剂。
4. 排除一些离子的干扰。例如:
(1)鉴别硫酸根离子时,应先加过量的稀盐酸,再滴入被稀硝酸酸化的氯化钡溶液,可排除银离子、碳酸根离子、碳酸氢根、亚硫酸根等离子的干扰。
(2)鉴别 Ba2+时,需要向待测溶液中加入过量的稀盐酸,然后再滴入用稀硝酸处理过的SO42-溶液,目的是排除银离子的干扰,特别是碳酸根离子,生成不可溶于水,可溶于酸的白色沉淀;遇硫酸根不溶于水和酸的白色沉淀。
(3) 鉴别Ag+ 时,需要向待测溶液中滴入经稀硝酸酸化处理后的稀盐酸,产生的沉淀不溶于稀硝酸。目的是排除Hg2 2+、Pb2+ 的干扰,因其与盐酸作用也会产生白色沉淀,难于判断,所以需加入稀硝酸。
(4) 鉴别氯离子时,向待测溶液中滴入经稀硝酸酸化处理后的硝酸银溶液,产生的沉淀不溶于稀硝酸。减少硫酸根离子对含氯离子判断的干扰。同理,在鉴别溴离子、碘离子时可采用此方法,分别产生淡黄色沉淀、黄色沉淀。
说明:硫酸银溶较浓的硝酸。
常见误区:稀硫酸在中学阶段,一般当成H2SO4=2H++SO42-,两次完全电离,其实不是这样的。根据硫酸酸度系数pKa1=-3.00,pKa2=1.99,其二级电离不够充分,在稀硫酸中HSO4-H++SO42-,并未完全电离,1mol/L的硫酸一级电离完全,二级电离约电离10%,也就是溶液中仍存在大量的HSO4-。而即使是NaHSO4溶液0.1mol/L时,硫酸氢根也只电离了约30%。
原因分析:硫酸的第一步电离是完全的,Ka1=1.0×103 但是第二步硫酸氢根的电离不完全,Ka2=1.02×10-2 ,硫酸氢根只是一个比较强的弱酸,酸性和磷酸差不多: HSO4- H+ + SO42- , 也就是说硫酸根可以与氢离子结合,生成硫酸氢根这种弱电解质。复分解反应的实质是生成弱电解质,所以硫酸银会与硝酸发生某程度上的反应。 查表可知硫酸银的溶度积为
Ag2SO4 2Ag+ + SO42- (1) K1=1.20×10-5
硫酸氢根的电离平衡常数为 HSO4- H+ + SO42- (2) K2=1.20×10-3
反应 Ag2SO4 + H+ 2Ag+ + HSO4- (3)
K3 相当于上面两个反应(1)、(2)相加,解得反应(3)的相对平衡常数K3=K1×K2=0.01。增大反应物中的H+有利于平衡向右移动,促使硫酸银溶解。
也就是说虽然硫酸银在硝酸中的溶解度会增大,但是增大的程度较小,一般情况下现象不明显。另外,硝酸的氧化性不足以把硫酸银中正一价的银氧化为正二价、正三价,因为正二价、正三银在酸性条件下的氧化性比硝酸要强得多。
发生反应的化学方程式: Ag2SO4 + HNO3 AgHSO4 + AgNO3
拓展:在有机化学中加酸可以抑制酯类物质的进一步水解,在制备乙烯的实验中所加的浓硫酸起到催化剂和脱水剂的作用,提高了乙烯的产率。
三、 加酸的判断标准:
1、对于阴离子的鉴别,所加的酸要不与原溶液起化学反应,所选试剂与要鉴定的阴离子有明显的特征反应。
2、对于阳离子的鉴别,所加的酸最好与其阴离子对应,比如:鉴别硝酸银中的银离子,我们可以用与其对应的硝酸进行必要的酸化处理,再加稀盐酸。
注:对于阴、阳离子的鉴别应视其特殊性而加相对应的酸。
例题:以下溶液酸化的方法正确的是( )
A 测定氯乙烷是否含有氯元素,用氢氧化钠溶液水解后,先用H2SO4进行酸化,再加入硝酸银溶液。
B 为了提高KMnO4的氧化能力,加入盐酸进行酸化
C 证明溶液中是否有Fe2+时,用稀硝酸进行酸化。
D 证明溶液中SO42-时,先加盐酸酸化,无沉淀再用BaCl2检验。
[重点解释]A,B两选项A 用硫酸酸化不行,Ag+ 会和硫酸根产生沉淀,导致不能判断是否有Cl-,产生干扰离子。 B不能用盐酸,因为盐酸中的H+ 和KMnO4 会把Cl-氧化成 Cl2 应该用硫酸。C 同理,稀硝酸把Fe2 +氧化成Fe 3+ 。 D为正确答案。
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