① 生活中涉及的化学平衡有哪些具体
活中的化学平衡
生活中的化学平衡之一--怎样吃菠菜
动画片《大力水手》中,每当大力水手吃下一罐菠菜后就会变得力大无穷。菠菜有这样大的作用,这是影片的夸张手法,但菠菜的确含有一定的营养成分,如维生素、铁质等。然而,大力水手大量地吃菠菜是错误的。因为过量食用菠菜,会造成人体缺钙。这个道理要从食用菠菜中存在的电离平衡说起。
菠菜中含有一种叫草酸的物质,其学名是乙二酸,结构简式为HOOC-COOH,味苦涩,溶于水,是二元弱酸:
HOOC-COOH=HOOC-COO-+ H+
HOOC-COO- =-OOC-COO-+ H+
草酸进入人体后,在胃酸作用下,电离平衡向左移动。以分子形式存在的草酸,从药理上看,是一种有毒的物质,过量的草酸会腐蚀胃黏膜,还会对肾脏造成伤害,另外,草酸会跟人体内的Ca2+形成草酸钙沉淀,使摄入的钙质不易被利用,造成人体缺钙。那怎样才能吸收菠菜中的营养,又不被草酸伤害呢?
一种方法是除去草酸,即在油炒前,先将菠菜用热水烫一烫,草酸溶于水而除去,且这样炒的菠菜没有苦涩味。
另一种方法是把草酸转化为沉淀,这就是“菠菜烧豆腐”的方法。每100 g菠菜中含300 mg草酸,每100 g豆腐约含240 mg钙,因此,每70 g豆腐中的Ca2+,可以结合100 g菠菜中的草酸(不含菠菜自身的钙),当大部分草酸跟钙结合,可使涩味大大降低,菜肴更加美味可口。草酸钙进入人体,部分被胃酸溶解,溶解后形成的Ca2+仍能被人体吸收,未溶解的部分则排出体外。因此,食物中的Ca2+正好是草酸的解毒剂,豆腐中损失的钙可以由其他食物补充。
生活中的化学平衡之二--酒精测定仪中的化学平衡
在公路上,常能见到交警拦下可疑车辆检查,请司机向一仪器中吹一口气,如果测定仪中橙红色的物质变为绿色,司机就要受到处罚,因为他饮酒后驾车,违反道路交通管理条例。
酒精仪中的橙红色物质是重铬酸钾,人饮酒后,血液中酒精含量增多,人呼出的气体中有乙醇的蒸气,遇到测定仪中的重铬酸钾,便发生如下的反应:
Cr2O72-+ 3C2H5OH + 8H+�2Cr3++3CH3CHO + 7H2O
橙红色 绿色
橙红色的Cr2O72-转化为绿色的Cr3+,便能测出人呼出的气体中有乙醇成分。
然而酒精测定仪中还要加入硫酸,一方面上述反应要在酸性溶液中进行,同时要防止Cr2O72-转化为CrO42-,
即:2CrO42- + 2H+�Cr2O72- + H2O 。这就是酒精测定仪中的化学平衡。
生活中的化学平衡之三--洗涤剂的有效利用
我们知道,油性污垢中的油脂成分因不溶于水而很难洗去。油脂的化学组成是高级脂肪酸的甘油酯,如果能水解成高级脂肪酸和甘油,那就很容易洗去。
油脂水解的方程式是:(RCOO)3C3H5 + 3H2O�3RCOOH + C3H5(OH)3
这是一个可逆反应,日常生活中以洗衣粉(或纯碱)作洗涤剂,其水溶液呈碱性,能与高级脂肪酸作用,使化学平衡向正反应方向移动。高级脂肪酸转化为钠盐,在水中溶解度增大,因此油污容易被水洗去。在日常生活中,洗衣粉等洗涤剂易溶于温水(特别是加酶洗衣粉)是由于温度升高,洗衣粉溶解度增大,即:浓度较大。温水有利于酶催化蛋白质等高分子化合物水解,同时蛋白质的水解、油脂的水解都是吸热反应,适当提高水温,会使洗涤效果更佳,但也应该注意,一味追求高水温会降低酶的催化能力,使其失去活性,从而降低洗涤效果。
生活中的化学平衡之四--自来水消毒
近年来,某些自来水厂在用液氯消毒自来水时,还加入少量液氨,这是什么原因呢?首先要明确液氯作自来水消毒剂的原理:氯气与水发生反应生成盐酸和次氯酸,其中次氯酸有强氧化性,能杀灭水中细菌,其化学方程式为:Cl2+H2O = HCl +HClO。
但是,次氯酸不稳定,受热或见光发生分解:2HClO = 2HCl + O2↑,使得消毒时间缩短,从而降低消毒的效果。
当向氯水中加入液氨时,液氨与氯水中的次氯酸有如下反应:
NH3+HClO�H2O+NH2Cl,而NH2Cl较HClO稳定。
体系中的次氯酸同时满足两个平衡,其消毒杀菌后,由于浓度逐渐减小,使平衡向生成次氯酸的方向进行,当次氯酸浓度较高时,平衡向生成NH2Cl的方向移动,相当于暂时“贮存”,避免其分解所带来的损失。这样就延长了液氯的消毒时间。
生活中的化学平衡之五--大气臭氧层中的化学平衡
地球表面有大气层覆盖,离地面12 km以上的高空有一臭氧层(实际上是臭氧的浓度高些),但它是地球生命的保护屏障。
我们知道,太阳辐射对生命危害极大的是紫外线。当太阳辐射通过臭氧层时,被吸收了约90%的紫外线,或者说把这些紫外辐射的能量转变为热量,使地面生命免受伤害。这其中的奥妙就在于臭氧层里存在着以下动态平衡的缘故:
O2 + O�O3
现在来分析臭氧层中这一平衡是怎样建立的,又怎样把紫外辐射能转变为热能。首先,太阳辐射把高空的氧分子分裂为2个氧原子,性质异常活泼的氧原子跟氧分子结合成为臭氧。
O2 O+O, O2+ O →O3
然后,在紫外线作用下,臭氧转化为氧气,并放出热量:
2O3 3O2 + Q
这一反应被看作臭氧能吸收紫外线,即从能量角度看,相当于把紫外辐射能转变为热能。
臭氧分解生成的氧气,又会被太阳辐射作用生成氧原子,氧原子又会和氧分子结合成为臭氧,臭氧又吸收紫外线分解成为氧气…… 所以在臭氧层中,O3、O2和O处于动态平衡,构成了地球生命免受紫外线杀伤的天然屏障。
生活中的化学平衡之六--人体血液中的酸碱平衡
人体血液的pH是一个稳定的数值,正常值是7.4±0.05。这一数值保证了在血液中进行的各种生化反应。人体新陈代谢产生的酸性物质和碱性物质进入血液,但血液的pH仍会保持稳定,这是什么原因呢?
原来血液中有两对电离平衡,一对是HCO3-(碱性)和H2CO3(酸性)的平衡,另一对是HPO42-(碱性)和H2PO42-(酸性)的平衡。下面以HCO3-和H2CO3的电离为例说明血液pH稳定的原因。
人体血液中H2CO3和HCO3-物质的量之比为1∶20,维持血液的pH为7.4。平衡如下:
当酸性物质进入血液时,电离平衡向生成碳酸的方向进行,过多的碳酸由肺部加重呼吸排出二氧化碳,减少的HCO3-由肾脏调节补充,使血液中HCO3-与H2CO3仍维持正常的比值,使pH保持稳定。当有碱性物质进入人体血液,跟H2CO3作用,上述平衡向逆反应方向移动,过多的HCO3-由肾脏吸收,同时肺部呼吸变浅,减少二氧化碳的排出,血液的pH仍保持稳定。
然而,当发生肾功能障碍、肺功能衰退或腹泻、高烧等疾病时,血液中的HCO3-和H2CO3比例失调,就会造成酸中毒或碱中毒。临床指标:血液pH>7.35,为碱中毒;血液pH<7.35,为酸中毒。