食品、清洁剂与生活中的酸碱盐

打开厨房橱柜，里面放着食盐、小苏打、食醋、洗洁精；走进浴室，洗发水、沐浴露、马桶清洁剂排成一排。这些日常用品看起来平平无奇，但从化学的角度来看，它们的工作原理几乎都和酸碱盐有关。前面已经系统地学习了酸、碱、盐各自的性质以及它们之间的反应规律，现在把这些知识“落地”到生活场景中——看看这些熟悉的物质背后，究竟藏着哪些化学道理。

食物里的酸

食物的味道千变万化，“酸味”几乎是最容易辨认的一种。食醋的酸、柠檬的酸、酸奶的酸，这些酸味的来源各不相同，背后是不同的酸性物质。

食醋中的酸性物质是乙酸（醋酸），化学式为 $\text{CH}_3\text{COOH}$，是一种有机酸，在水中能电离出 $\text{H}^+$，使溶液显酸性。柠檬、橙子等柑橘类水果中含有柠檬酸，苹果中含有苹果酸，酸奶中的酸味来自发酵产生的乳酸。这些有机酸的化学结构各异，但共同特点是在水溶液中能提供 $\text{H}^+$，使 pH 低于 7。

碳酸饮料（如可乐、雪碧）中溶有大量 $\text{CO}_2$，形成碳酸（$\text{H}_2\text{CO}_3$），这也是碳酸饮料喝起来略有酸味的原因。碳酸是弱酸，打开瓶盖后 $\text{CO}_2$ 逸出，酸性随之减弱。

例题 1

食醋中含有乙酸（$\text{CH}_3\text{COOH}$），向食醋中滴入几滴紫色石蕊溶液，溶液变为红色。请说明原因，并判断食醋的酸碱性。

解析：

乙酸在水溶液中能电离出 $\text{H}^+$，使溶液显酸性（pH < 7）。紫色石蕊溶液遇酸变红，因此食醋使石蕊变红，说明食醋显酸性。

答： 食醋中乙酸电离产生 $\text{H}^+$，溶液显酸性，pH < 7，使石蕊变红。

小苏打与食品膨松

馒头、面包、蛋糕在蒸或烤之前，面团里会加入一种白色粉末，让成品变得蓬松柔软。这种白色粉末就是小苏打，化学名称是碳酸氢钠，化学式为 $\text{NaHCO}_3$。

小苏打能让面团膨松，是因为它遇到酸或遇热都会产生 $\text{CO}_2$。面团中含有有机酸（来自发酵或直接添加），$\text{NaHCO}_3$ 与酸反应：

加热时，$\text{NaHCO}_3$ 自身也会分解：

产生的 $\text{CO}_2$ 气体在面团内部形成无数细小气泡，面团受热膨胀，冷却后气泡固定在食品结构中，口感因此变得松软。

例题 2

某面包配方中加入了 $4.2\text{ g}$ 的 $\text{NaHCO}_3$，在烘焙过程中 $\text{NaHCO}_3$ 完全受热分解。

（相对原子质量：Na = 23，H = 1，C = 12，O = 16）

（1）计算生成 $\text{CO}_2$ 的质量；

（2）计算生成 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 的质量。

厨房里的碱——纯碱与食用碱

中国传统面食（如碱面、拉面、碱水粽）的独特口感和黄色，与一种碱性物质密切相关——纯碱，即碳酸钠（$\text{Na}_2\text{CO}_3$）。

$\text{Na}_2\text{CO}_3$ 是盐，但其水溶液显碱性，这是因为 $\text{CO}_3^{2-}$ 在水中会发生微弱的水解，使溶液中 $\text{OH}^-$ 浓度偏高。正因如此，碱面团在蒸制时具有弹性和特殊的碱味，天然植物色素（如黄酮类）在碱性条件下会变为黄色，所以碱水面条呈现出淡黄色。

$\text{Na}_2\text{CO}_3$ 溶液显碱性的简单验证：

实际使用时，向 $\text{Na}_2\text{CO}_3$ 溶液中加入酚酞，溶液变红，证明溶液显碱性。

胃酸与制酸药

人体胃液中含有盐酸（$\text{HCl}$），浓度约为 $0.2\%$～$0.4\%$，pH 约在 1.5～3.5 之间。适量的胃酸能帮助消化食物、杀灭细菌，但胃酸过多时，胃壁黏膜受到侵蚀，就会引起胃痛、反酸等不适症状。

治疗胃酸过多，使用的药物叫做制酸药（也叫抗酸药）。制酸药的化学原理很简单：用碱性物质中和多余的胃酸（$\text{HCl}$），降低胃内 pH。

常见制酸药中的有效成分：

$\text{NaHCO}_3$ 中和胃酸速度快，但会产生 $\text{CO}_2$，服药后可能出现嗳气（打嗝）；$\text{Al(OH)}_3$ 和 ${\text{Mg(OH)}}_2$ 中和速度较慢，不产生气体，作用更温和持久，是胃药的常用成分。

例题 3

某胃药的有效成分是 $\text{Al(OH)}_3$，服用后与胃中多余的盐酸发生中和反应。

（相对原子质量：Al = 27，O = 16，H = 1，Cl = 35.5）

若某人胃中多余的盐酸含 $\text{HCl}$ 质量为 $0.365\text{ g}$，需要服用含有多少克 $\text{Al(OH)}_3$ 的胃药才能完全中和？

解析：

$M(\text{HCl}) = 1 + 35.5 = 36.5$

$M(\text{Al(OH)}_3) = 27 + (16 + 1) \times 3 = 78$

由化学方程式，1 mol $\text{Al(OH)}_3$ 对应 3 mol $\text{HCl}$，质量比为 78 ∶ 109.5。

设需要 $\text{Al(OH)}_3$ 的质量为 $x$：

答： 需要含 $\text{Al(OH)}_3$ 0.26 g 的胃药。

清洁剂中的化学

清洁用品的种类繁多，但几乎每一种都与酸碱反应有关。

• 洗衣粉与纯碱

洗衣粉的主要成分之一是$\text{Na}_2\text{CO}_3$（纯碱）或其衍生物。$\text{Na}_2\text{CO}_3$ 溶于水后显碱性，碱性环境能使油脂发生皂化反应，让油污更容易被去除。这就是为什么用温热的碱水洗碗，比冷水更容易去油的原因。

• 酸性清洁剂与除水垢

水壶、热水器内壁经常出现白色硬块，这就是水垢，主要成分是碳酸钙（$\text{CaCO}_3$）和氢氧化镁（$\text{Mg(OH)}_2$），来源于水中溶解的钙、镁离子在加热后析出。

水垢是碱性物质，用酸性清洁剂可以将其溶解。家用除垢剂的主要成分通常是柠檬酸或白醋（乙酸）：

用白醋浸泡水壶后，水垢逐渐溶解，壶壁恢复光洁，同时能看到细小气泡（$\text{CO}_2$）从水垢上冒出，这正是酸碱中和反应的直观体现。

• 马桶清洁剂

马桶清洁剂（“洁厕灵”）的主要成分通常是盐酸（$\text{HCl}$）或有机酸。马桶污垢中含有尿垢（主要成分是$\text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2$等钙盐）和水垢，酸性清洁剂能与这些钙盐反应，将其溶解，达到清洁效果。

例题 4

厨房水壶底部积有 $10\text{ g}$ 水垢，经检测水垢全部为 $\text{CaCO}_3$。用足量稀盐酸浸泡后，水垢完全溶解。

（相对原子质量：Ca = 40，C = 12，O = 16，H = 1，Cl = 35.5）

（1）计算完全溶解水垢需消耗 $\text{HCl}$ 的质量；

（2）计算同时产生 $\text{CO}_2$ 的质量。

常见生活物品的 pH 总结

了解生活中常见物质的 pH，有助于理解它们的用途以及相互作用时是否安全。

练习题

选择题

第1题【知识点：食品中的酸碱性判断】

下列食品中，pH 最低（酸性最强）的是（ ）

A. 牛奶　　B. 纯净水　　C. 柠檬汁　　D. 小苏打溶液

第2题【知识点：小苏打的化学性质】

小苏打（$\text{NaHCO}_3$）加入稀盐酸后发生的现象是（ ）

A. 无明显现象

B. 产生蓝色沉淀

C. 产生气泡，气体能使澄清石灰水变浑浊

D. 溶液颜色变红

第3题【知识点：制酸药的中和原理】

胃酸过多时，服用含 $\text{Al(OH)}_3$ 的胃药能缓解症状，其化学原理是（ ）

A. $\text{Al(OH)}_3$ 与胃酸发生置换反应，消耗了 $\text{H}^+$

B. $\text{Al(OH)}_3$ 是碱，与盐酸发生中和反应，降低胃内 $\text{H}^+$ 浓度

C. $\text{Al(OH)}_3$ 吸附了胃壁，阻止了胃酸分泌

D. $\text{Al(OH)}_3$ 与胃酸反应生成 $\text{CO}_2$，冲淡了胃酸

第4题【知识点：清洁剂的酸碱性与用途】

下列说法正确的是（ ）

A. 洁厕灵（含稀盐酸）和84消毒液可以混合使用，效果更好

B. 洗衣粉溶液显酸性，利用酸的腐蚀性去除油污

C. 用白醋浸泡水壶可以去除水垢，因为酸能与碳酸钙反应

D. 烧碱（$\text{NaOH}$）可以直接用于食品加工，安全无害

计算题

第5题【知识点：制酸药中和胃酸的质量计算】

某胃药每片含有效成分 $\text{NaHCO}_3$ 的质量为 $0.5\text{ g}$，服药后与胃中盐酸（$\text{HCl}$）发生中和反应：

（相对原子质量：Na = 23，H = 1，C = 12，O = 16，Cl = 35.5）

（1）计算 $0.5\text{ g}$ $\text{NaHCO}_3$ 能中和 $\text{HCl}$ 的质量；

（2）同时产生 $\text{CO}_2$ 的质量是多少？

第6题【知识点：除水垢的质量计算】

一只电热水壶内壁积有水垢 $25\text{ g}$，水垢中 $\text{CaCO}_3$ 占 $80\%$，$\text{Mg(OH)}_2$ 占 $20\%$。向壶内加入足量白醋（含乙酸），水垢中的 和 完全溶解。

已知：

（相对原子质量：Ca = 40，Mg = 24，C = 12，O = 16，H = 1）

（1）计算水垢中 $\text{CaCO}_3$ 的质量；

（2）计算 $\text{CaCO}_3$ 完全反应后产生 $\text{CO}_2$ 的质量。

产生 $\text{CO}_2$ 气泡，将该气体通入澄清石灰水后，$\text{CO}_2$ 与 $\text{Ca(OH)}_2$ 反应生成 $\text{CaCO}_3$ 白色沉淀，石灰水变浑浊，这是检验 $\text{CO}_2$ 的标准方法。A、B、D 均与实际现象不符。选 C。

反应消耗了 $\text{HCl}$，使胃内 $\text{H}^+$ 浓度降低，pH 升高，从而缓解胃酸过多引起的不适。该反应不属于置换反应，也不产生 $\text{CO}_2$（不含碳酸根）。选 B。

A 错误：洁厕灵与84消毒液混合会产生有毒 $\text{Cl}_2$，严禁混用；B 错误：洗衣粉溶液显碱性，不是酸性；D 错误：$\text{NaOH}$ 腐蚀性强，不可用于食品。选 C。

设能中和 $\text{HCl}$ 的质量为 $x$，产生 $\text{CO}_2$ 的质量为 $y$：

（1）计算 $\text{HCl}$ 的质量：

（2）计算 $\text{CO}_2$ 的质量：

答： $0.5\text{ g}$ $\text{NaHCO}_3$ 能中和 $\text{HCl}$ 约 0.217 g，同时产生 $\text{CO}_2$ 约 0.262 g。

（2）计算生成 $\text{CO}_2$ 的质量：

$M(\text{CaCO}_3) = 40 + 12 + 16 \times 3 = 100$

$M(\text{CO}_2) = 12 + 16 \times 2 = 44$

由化学方程式，1 mol $\text{CaCO}_3$ 对应 1 mol $\text{CO}_2$，质量比 = $100 : 44$。

设生成 $\text{CO}_2$ 的质量为 $x$：

答： 水垢中 $\text{CaCO}_3$ 的质量为 20 g，完全反应后产生 $\text{CO}_2$ 的质量为 8.8 g。