寒假笔记本8：酸
酸是一类化学物质的总成，这里我们主要讨论无机酸。
PS.这里讨论的酸全部局限于初中和高中自招范围
\(\rm Part\ I.\ 酸的定义和分类\)
一些物质在溶于水或者融化的过程中，组成这个物质的离子会分离成离子。这个现象我们叫做电离。
例如：
\[\rm 稀硫酸的电离：H_2SO_4\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }\color{red}{2H^+}+\color{blue}{SO_4^{2-}}\\
\rm 稀盐酸的电离：HCl\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }\color{red}{H^+}+\color{blue}{Cl^-}\\
\rm 醋酸的电离：CH_3COOH\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }\color{red}{H^+}+\color{blue}{CH_3COO^-}
\]
这样的方程式我们称之为电离方程式。
请注意：它们的条件虽然没有写，但不是没有。而是默认为“电离”！
接下来，我们就可以对酸下定义了——
电离时，产生的阳离子全部是\(\rm H+\)的化合物就是酸。
为什么要强调这个“全部”呢？因为有些物质电离的时候也有氢离子产生：
\[\rm NaHSO_4\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }\color{green}{Na^+} + \color{red}{H^+} + \color{blue}{SO_4^{2-}}
\]
他不是酸，而是我们在寒假笔记本6：单盐中提到的酸式盐。
在初中，我们把酸分为两类：
- 含氧酸（如\(\rm HNO_3\ H_2SO_4\ H_2CO_3\ CH_3COOH（醋酸/乙酸，是一种有机酸）\ HOOCCOOH（或者写作C_2H_2O_4，叫草酸或乙二酸，也是有机酸）H_2SO_3\)），他们读作某酸
- 无氧酸（如\(\rm HCl\ HF\ HBr\ HI\ H_2S\ HCN\)，大多是一些气体的水溶物），我们叫做**氢某酸。
\(\rm Part\ II.\ 酸的化学性质\)
\(\large \rm I.\ 酸+酸碱指示剂\)
酸可以让无色酚酞不变色，五色石蕊溶液变红，但是一些过强的算会直接把颜色给你褪去掉导致啥颜色都没有。
\(\large \rm II.\ 酸+氢前金属\)
PS：这里讨论的酸不包括强酸，并且接下来我会用一些符号来代表物质：
Metal表示金属，Acid表示酸根，OH表示氢氧根，\(R_x\)表示x个R元素
例如：MetalO：金属氧化物；MetalOH：金属对应的碱
记住下列重要的方程式：
\[\rm 2Na+H_2SO_4 \xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }Na_2SO_4+H_2\uparrow（有酸的时候先和酸反应，没有酸的时候才与水反应！） \\
Fe+H_2SO_4\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ } FeSO_4 + H_2\uparrow （溶液转绿+气泡，记住是亚铁！） \\
2Al+2H_2SO_4\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }Al_2(SO_4)_3+3H_2\uparrow（Al是+3价的！）
\]
由此，我们总结出酸和金属反应的通式：
\[\begin{aligned}
&\overset{0x}{Metal}O_y + &\color{red}{H_x}\color{blue}{Acid} &\rightarrow & \overset{+x}{Metal}\color{blue}{Acid}+&\color{red}{H_2}\uparrow \\
& 0价金属 + &酸 &\rightarrow &金属和酸根组成的盐（升价） + &氢气
\end{aligned}
\]
\(\large \rm III.\ 酸+金属氧化物\)
观察如下反应方程式:
\[\rm Na_2O+H_2SO_4 \xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ } Na_2SO_4+H_2O \\
\rm MgO+H_2SO_4 \xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ } MgSO_4+H_2O \\
\rm Fe_2O_3+6HCl\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ } 2FeCl_3+2H_2O(固体减少，溶液逐渐转为黄色）
\]
由此，我们可以得出金属氧化物和酸的反应通式
\[\begin{aligned}
&\overset{+x}{Metal}O_y + &\color{red}{H_x}\color{blue}{Acid} &\rightarrow &\overset{+x}{Metal}\color{blue}{Acid}+&\color{red}{H_2O} \\
& 金属氧化物 + &酸 &\rightarrow &金属和酸根组成的盐（不变价） + &水
\end{aligned}
\]
\(\large \rm IV.\ 酸+某些盐\)
不是所有的酸和所有的盐都可以反应，他们之间必须满足“强强生弱弱”的原则（初中不用理解）。
观察如下方程式
\[\rm AgNO_3+HCl\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }HNO_3+AgCl\downarrow \\
\rm NaHCO_3+HCl\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }NaCl+CO_2\uparrow+H_2O（碳酸分解产生二氧化碳和水） \\
\rm H_2SO_4+Ba(NO_3)_2\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }BaSO_4\downarrow + 2HNO_3（白色沉淀）
\]
由此，在能反应的情况下，我们总结出某些酸和某些盐反应的通式：
\[\begin{aligned}
&\overset{+x}{Metal}\color{red}{Acid1} + &H_x\color{blue}{Acid2} &\rightarrow &\overset{+x}{Metal}\color{blue}{Acid2}+&H_x\color{red}{Acid1} \\
& 盐+ &酸 &\rightarrow &金属和酸根组成的盐（不变价） + &新的酸
\end{aligned}
\]
\(\large \rm V.\ 酸+碱\)
这一类反应我们称为酸碱中和。观察如下方程式
\[\rm Cu(OH)_2+2HCl\xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }CuCl_2+2H_2O（蓝色固体消失，溶液转蓝） \\
\rm H_2SO_4+Mg(OH)_2 \xlongequal{\ \ \ \ \ \ \ \ }MgSO_4+2H_2O（白色固体消失） \\
\]
可以得出通式：
\[\begin{aligned}
&\overset{+x}{Metal}\color{red}{(OH)_x} + &H_x\color{blue}{Acid} &\rightarrow &\overset{+x}{Metal}\color{blue}{Acid}+&\color{red}{H_2O} \\
& 0价金属 + &酸 &\rightarrow &盐（不变价） + &水
\end{aligned}
\]
