7. Кислоты. Соли. Взаимосвязь между классами неорганических веществ
7.1. Кислоты
Кислоты - это электролиты, при диссоциации которых в качестве положительно заряженных ионов образуются только катионы водорода H + (точнее - ионы гидроксония H 3 O +).
Другое определение: кислоты - это сложные вещества, состоящие из атома водорода и кислотных остатков (табл. 7.1).
Таблица 7.1
Формулы и названия некоторых кислот, кислотных остатков и солей
| Формула кислоты | Название кислоты | Кислотный остаток (анион) | Название солей (средних) |
|---|---|---|---|
| HF | Фтористоводородная (плавиковая) | F − | Фториды |
| HCl | Хлористоводородная (соляная) | Cl − | Хлориды |
| HBr | Бромистоводородная | Br − | Бромиды |
| HI | Иодистоводородная | I − | Иодиды |
| H 2 S | Сероводородная | S 2− | Сульфиды |
| H 2 SO 3 | Сернистая | SO 3 2 − | Сульфиты |
| H 2 SO 4 | Серная | SO 4 2 − | Сульфаты |
| HNO 2 | Азотистая | NO 2 − | Нитриты |
| HNO 3 | Азотная | NO 3 − | Нитраты |
| H 2 SiO 3 | Кремниевая | SiO 3 2 − | Силикаты |
| HPO 3 | Метафосфорная | PO 3 − | Метафосфаты |
| H 3 PO 4 | Ортофосфорная | PO 4 3 − | Ортофосфаты (фосфаты) |
| H 4 P 2 O 7 | Пирофосфорная (двуфосфорная) | P 2 O 7 4 − | Пирофосфаты (дифосфаты) |
| HMnO 4 | Марганцевая | MnO 4 − | Перманганаты |
| H 2 CrO 4 | Хромовая | CrO 4 2 − | Хроматы |
| H 2 Cr 2 O 7 | Дихромовая | Cr 2 O 7 2 − | Дихроматы (бихроматы) |
| H 2 SeO 4 | Селеновая | SeO 4 2 − | Селенаты |
| H 3 BO 3 | Борная | BO 3 3 − | Ортобораты |
| HClO | Хлорноватистая | ClO – | Гипохлориты |
| HClO 2 | Хлористая | ClO 2 − | Хлориты |
| HClO 3 | Хлорноватая | ClO 3 − | Хлораты |
| HClO 4 | Хлорная | ClO 4 − | Перхлораты |
| H 2 CO 3 | Угольная | CO 3 3 − | Карбонаты |
| CH 3 COOH | Уксусная | CH 3 COO − | Ацетаты |
| HCOOH | Муравьиная | HCOO − | Формиаты |
При обычных условиях кислоты могут быть твердыми веществами (H 3 PO 4 , H 3 BO 3 , H 2 SiO 3) и жидкостями (HNO 3 , H 2 SO 4 , CH 3 COOH). Эти кислоты могут существовать как в индивидуальном (100%-ном виде), так и в виде разбавленных и концентрированных растворов. Например, как в индивидуальном виде, так и в растворах известны H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 PO 4 , CH 3 COOH.
Ряд кислот известны только в растворах. Это все галогеноводородные (HCl, HBr, HI), сероводородная H 2 S, циановодородная (синильная HCN), угольная H 2 CO 3 , сернистая H 2 SO 3 кислота, которые представляют собой растворы газов в воде. Например, соляная кислота - это смесь HCl и H 2 O, угольная - смесь CO 2 и H 2 O. Понятно, что употреблять выражение «раствор соляной кислоты» неправильно.
Большинство кислот растворимы в воде, нерастворима кремниевая кислота H 2 SiO 3 . Подавляющее число кислот имеют молекулярное строение. Примеры структурных формул кислот:
В большинстве молекул кислородсодержащих кислот все атомы водорода связаны с кислородом. Но есть и исключения:
Кислоты классифицируют по ряду признаков (табл. 7.2).
Таблица 7.2
Классификация кислот
| Признак классификации | Тип кислоты | Примеры |
|---|---|---|
| Число ионов водорода, образующихся при полной диссоциации молекулы кислоты | Одноосновные | HCl, HNO 3 , CH 3 COOH |
| Двухосновные | H 2 SO 4 , H 2 S, H 2 CO 3 | |
| Трехосновные | H 3 PO 4 , H 3 AsO 4 | |
| Наличие или отсутствие в молекуле атома кислорода | Кислородсодержащие (кислотные гидроксиды, оксокислоты) | HNO 2 , H 2 SiO 3 , H 2 SO 4 |
| Бескислородные | HF, H 2 S, HCN | |
| Степень диссоциации (сила) | Сильные (полностью диссоциируют, сильные электролиты) | HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 (разб), HNO 3 , HClO 3 , HClO 4 , HMnO 4 , H 2 Cr 2 O 7 |
| Слабые (диссоциируют частично, слабые электролиты) | HF, HNO 2 , H 2 SO 3 , HCOOH, CH 3 COOH, H 2 SiO 3 , H 2 S, HCN, H 3 PO 4 , H 3 PO 3 , HClO, HClO 2 , H 2 CO 3 , H 3 BO 3 , H 2 SO 4 (конц) | |
| Окислительные свойства | Окислители за счет ионов Н + (условно кислоты-неокислители) | HCl, HBr, HI, HF, H 2 SO 4 (разб), H 3 PO 4 , CH 3 COOH |
| Окислители за счет аниона (кислоты-окислители) | HNO 3 , HMnO 4 , H 2 SO 4 (конц), H 2 Cr 2 O 7 | |
| Восстановители за счет аниона | HCl, HBr, HI, H 2 S (но не HF) | |
| Термическая устойчивость | Существуют только в растворах | H 2 CO 3 , H 2 SO 3 , HClO, HClO 2 |
| Легко разлагаются при нагревании | H 2 SO 3 , HNO 3 , H 2 SiO 3 | |
| Термически устойчивы | H 2 SO 4 (конц), H 3 PO 4 |
Все общие химические свойства кислот обусловлены наличием в их водных растворах избытка катионов водорода H + (H 3 O +).
1. Вследствие избытка ионов H + водные растворы кислот изменяют окраску лакмуса фиолетового и метилоранжа на красную, (фенолфталеин окраску не изменяет, остается бесцветным). В водном растворе слабой угольной кислоты лакмус не красный, а розовый, раствор над осадком очень слабой кремниевой кислоты вообще не изменяет окраску индикаторов.
2. Кислоты взаимодействуют с основными оксидами, основаниями и амфотерными гидроксидами, гидратом аммиака (см. гл. 6).
Пример 7.1. Для осуществления превращения BaO → BaSO 4 можно использовать: а) SO 2 ; б) H 2 SO 4 ; в) Na 2 SO 4 ; г) SO 3 .
Решение. Превращение можно осуществить, используя H 2 SO 4:
BaO + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + H 2 O
BaO + SO 3 = BaSO 4
Na 2 SO 4 с BaO не реагирует, а в реакции BaO с SO 2 образуется сульфит бария:
BaO + SO 2 = BaSO 3
Ответ : 3).
3. Кислоты реагируют с аммиаком и его водными растворами с образованием солей аммония:
HCl + NH 3 = NH 4 Cl - хлорид аммония;
H 2 SO 4 + 2NH 3 = (NH 4) 2 SO 4 - сульфат аммония.
4. Кислоты-неокислители с образованием соли и выделением водорода реагируют с металлами, расположенными в ряду активности до водорода:
H 2 SO 4 (разб) + Fe = FeSO 4 + H 2
2HCl + Zn = ZnCl 2 = H 2
Взаимодействие кислот-окислителей (HNO 3 , H 2 SO 4 (конц)) с металлами очень специфично и рассматривается при изучении химии элементов и их соединений.
5. Кислоты взаимодействуют с солями. Реакция имеет ряд особенностей:
а) в большинстве случаев при взаимодействии более сильной кислоты с солью более слабой кислоты образуется соль слабой кислоты и слабая кислота или, как говорят, более сильная кислота вытесняет более слабую. Ряд убывания силы кислот выглядит так:
Примеры протекающих реакций:
2HCl + Na 2 CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2
H 2 CO 3 + Na 2 SiO 3 = Na 2 CO 3 + H 2 SiO 3 ↓
2CH 3 COOH + K 2 CO 3 = 2CH 3 COOK + H 2 O + CO 2
3H 2 SO 4 + 2K 3 PO 4 = 3K 2 SO 4 + 2H 3 PO 4
Не взаимодействуют между собой, например, KCl и H 2 SO 4 (разб), NaNO 3 и H 2 SO 4 (разб), K 2 SO 4 и HCl (HNO 3 , HBr, HI), K 3 PO 4 и H 2 CO 3 , CH 3 COOK и H 2 CO 3 ;
б) в некоторых случаях более слабая кислота вытесняет из соли более сильную:
CuSO 4 + H 2 S = CuS↓ + H 2 SO 4
3AgNO 3 (разб) + H 3 PO 4 = Ag 3 PO 4 ↓ + 3HNO 3 .
Такие реакции возможны тогда, когда осадки полученных солей не растворяются в образующихся разбавленных сильных кислотах (H 2 SO 4 и HNO 3);
в) в случае образования осадков, нерастворимых в сильных кислотах, возможно протекание реакции между сильной кислотой и солью, образованной другой сильной кислотой:
BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HCl
Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HNO 3
AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3
Пример 7.2. Укажите ряд, в котором приведены формулы веществ, которые реагируют с H 2 SO 4 (разб).
1) Zn, Al 2 O 3 , KCl (p-p); 3) NaNO 3 (p-p), Na 2 S, NaF;2) Cu(OH) 2 , K 2 CO 3 , Ag; 4) Na 2 SO 3 , Mg, Zn(OH) 2 .
Решение. С H 2 SO 4 (разб) взаимодействуют все вещества ряда 4):
Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2
Mg + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2
Zn(OH) 2 + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + 2H 2 O
В ряду 1) неосуществима реакция с KCl (p-p), в ряду 2) - с Ag, в ряду 3) - с NaNO 3 (p-p).
Ответ : 4).
6. Очень специфически в реакциях с солями ведет себя концентрированная серная кислота. Это нелетучая и термически устойчивая кислота, поэтому из твердых (!) солей вытесняет все сильные кислоты, так как они более летучие, чем H 2 SO 4 (конц):
KCl (тв) + H 2 SO 4 (конц) KHSO 4 + HCl
2KCl (тв) + H 2 SO 4 (конц) K 2 SO 4 + 2HCl
Соли, образованные сильными кислотами (HBr, HI, HCl, HNO 3 , HClO 4), реагируют только с концентрированной серной кислотой и только находясь в твердом состоянии
Пример 7.3. Концентрированная серная кислота, в отличие от разбавленной, реагирует:
3) KNO 3 (тв);
Решение. С KF, Na 2 CO 3 и Na 3 PO 4 реагируют обе кислоты, а с KNO 3 (тв) - только H 2 SO 4 (конц).
Ответ : 3).
Способы получения кислот весьма разнообразны.
Бескислородные кислоты получают:
HCl (г) + H 2 O (ж) → HCl (p-p)
H 2 S (г) + H 2 O (ж) → H 2 S (р-р)
FeS + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S
KCl (тв) + H 2 SO 4 (конц) = KHSO 4 + HCl
Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 SO 3
Кислородсодержащие кислоты получают:
N 2 O 5 + H 2 O = 2HNO 3
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4
S + 6HNO 3 (конц) = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O
Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 (разб) = BaSO 4 ↓ + 2HNO 3
AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3
С этой целью чаще всего используют нелетучую термически устойчивую концентрированную серную кислоту:
NaNO 3 (тв) + H 2 SO 4 (конц) NaHSO 4 + HNO 3
KClO 4 (тв) + H 2 SO 4 (конц) KHSO 4 + HClO 4
Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 SO 4 = 3CaSO 4 ↓ + 2H 3 PO 4
NaNO 2 + HCl = NaCl + HNO 2
K 2 SiO 3 + 2HBr = 2KBr + H 2 SiO 3 ↓
Кислоты - сложные вещества, состоящие из одного или нескольких атомов водорода, способных замещаться на атома металлов, и кислотных остатков.
Классификация кислот
1. По числу атомов водорода: число атомов водорода ( n ) определяет основность кислот:
n = 1 одноосновная
n = 2 двухосновная
n = 3 трехосновная
2. По составу:
а) Таблица кислород содержащих кислот, кислотных остатков и соответствующих кислотных оксидов:
|
Кислота (Н n А) |
Кислотный остаток (А) |
Соответствующий кислотный оксид |
|
H 2 SO 4 серная |
SO 4 (II) сульфат |
SO 3 оксид серы (VI ) |
|
HNO 3 азотная |
NO 3 (I) нитрат |
N 2 O 5 оксид азота (V ) |
|
HMnO 4 марганцевая |
MnO 4 (I) перманганат |
Mn 2 O 7 оксид марганца ( VII ) |
|
H 2 SO 3 сернистая |
SO 3 (II) сульфит |
SO 2 оксид серы (IV ) |
|
H 3 PO 4 ортофосфорная |
PO 4 (III) ортофосфат |
P 2 O 5 оксид фосфора (V ) |
|
HNO 2 азотистая |
NO 2 (I) нитрит |
N 2 O 3 оксид азота (III ) |
|
H 2 CO 3 угольная |
CO 3 (II) карбонат |
CO 2 оксид углерода ( IV ) |
|
H 2 SiO 3 кремниевая |
SiO 3 (II) силикат |
SiO 2 оксид кремния (IV) |
|
НСlO хлорноватистая |
СlO (I) гипохлорит |
С l 2 O оксид хлора (I) |
|
НСlO 2 хлористая |
СlO 2 (I) хлорит |
С l 2 O 3 оксид хлора (III) |
|
НСlO 3 хлорноватая |
СlO 3 (I) хлорат |
С l 2 O 5 оксид хлора (V) |
|
НСlO 4 хлорная |
СlO 4 (I) перхлорат |
С l 2 O 7 оксид хлора (VII) |
б) Таблица бескислородных кислот
|
Кислота (Н n А) |
Кислотный остаток (А) |
|
HCl соляная, хлороводородная |
Cl (I ) хлорид |
|
H 2 S сероводородная |
S (II ) сульфид |
|
HBr бромоводородная |
Br (I ) бромид |
|
HI йодоводородная |
I (I ) йодид |
|
HF фтороводородная,плавиковая |
F (I ) фторид |
Физические свойства кислот
Многие кислоты, например серная, азотная, соляная – это бесцветные жидкости. известны также твёрдые кислоты: ортофосфорная, метафосфорная HPO 3 , борная H 3 BO 3 . Почти все кислоты растворимы в воде. Пример нерастворимой кислоты – кремниевая H 2 SiO 3 . Растворы кислот имеют кислый вкус. Так, например, многим плодам придают кислый вкус содержащиеся в них кислоты. Отсюда названия кислот: лимонная, яблочная и т.д.
Способы получения кислот
|
бескислородные |
кислородсодержащие |
|
HCl, HBr, HI, HF, H 2 S |
HNO 3 , H 2 SO 4 и другие |
|
ПОЛУЧЕНИЕ |
|
|
1. Прямое взаимодействие неметаллов H 2 + Cl 2 = 2 HCl |
1. Кислотный оксид + вода = кислота SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 |
|
2. Реакция обмена между солью и менее летучей кислотой 2 NaCl (тв .) + H 2 SO 4 (конц .) = Na 2 SO 4 + 2HCl |
|
Химические свойства кислот
1. Изменяют окраску индикаторов
|
Название индикатора |
Нейтральная среда |
Кислая среда |
|
Лакмус |
Фиолетовый |
Красный |
|
Фенолфталеин |
Бесцветный |
Бесцветный |
|
Метилоранж |
Оранжевый |
Красный |
|
Универсальная индикаторная бумага |
Оранжевая |
Красная |
2.Реагируют с металлами в ряду активности до H 2
(искл. HNO 3 –азотная кислота)
Видео "Взаимодействие кислот с металлами"
Ме + КИСЛОТА =СОЛЬ + H 2 (р. замещения)
Zn + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2
3. С основными (амфотерными) оксидами – оксидами металлов
Видео "Взаимодействие оксидов металлов с кислотами"
Ме х О у + КИСЛОТА= СОЛЬ + Н 2 О (р. обмена)
4. Реагируют с основаниями – реакция нейтрализации
КИСЛОТА + ОСНОВАНИЕ= СОЛЬ+ H 2 O (р. обмена)
H 3 PO 4 + 3 NaOH = Na 3 PO 4 + 3 H 2 O
5. Реагируют с солями слабых, летучих кислот - если образуется кислота, выпадающая в осадок или выделяется газ:
2 NaCl (тв .) + H 2 SO 4 (конц .) = Na 2 SO 4 + 2HCl ( р . обмена )
Видео "Взаимодействие кислот с солями"
6. Разложение кислородсодержащих кислот при нагревании
(искл. H 2 SO 4 ; H 3 PO 4 )
КИСЛОТА = КИСЛОТНЫЙ ОКСИД + ВОДА (р. разложения)
Запомните! Неустойчивые кислоты (угольная и сернистая) – разлагаются на газ и воду :
H 2 CO 3 ↔ H 2 O + CO 2
H 2 SO 3 ↔ H 2 O + SO 2
Сероводородная кислота в продуктах выделяется в виде газа:
СаS + 2HCl = H 2 S + Ca Cl 2
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
№1. Распределите химические формулы кислот в таблицу. Дайте им названия:
LiOH , Mn 2 O 7 , CaO , Na 3 PO 4 , H 2 S , MnO , Fe (OH ) 3 , Cr 2 O 3 ,HI , HClO 4 , HBr , CaCl 2 , Na 2 O , HCl , H 2 SO 4 , HNO 3 , HMnO 4 , Ca (OH ) 2 , SiO 2 , Кислоты
Бес-кисло-
родные
Кислород- содержащие
растворимые
нераст-воримые
одно-
основные
двух-основные
трёх-основные
№2. Составьте уравнения реакций:
Ca + HCl
Na + H 2 SO 4
Al + H 2 S
Ca
+ H 3 PO 4
Назовите продукты реакции.
№3. Составьте уравнения реакций, назовите продукты:
Na 2 O + H 2 CO 3
ZnO + HCl
CaO + HNO 3
Fe 2 O 3 + H 2 SO 4
№4. Составьте уравнения реакций взаимодействия кислот с основаниями и солями:
KOH + HNO 3
NaOH + H 2 SO 3
Ca(OH) 2 + H 2 S
Al(OH) 3 + HF
HCl + Na 2 SiO 3
H 2 SO 4 + K 2 CO 3
HNO 3 + CaCO 3
Назовите продукты реакции.
ТРЕНАЖЁРЫ
Тренажёр №1. "Формулы и названия кислот"
Тренажёр №2. " Установление соответствия: формула кислоты - формула оксида"
Техника безопасности - Оказание первой помощи при попадании кислот на кожу
Техника безопасности -
Кислоты – это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода (способных замещаться атомами металла), связанных с кислотным остатком.
Кислоты классифицируются на бескислородные и кислородосодержащие, а также на органические и неорганические.
Рис. 1. Классификация кислот – бескислородные и кислородосодержащие.
Бескислородные кислоты – это растворы в воде таких бинарных соединений, как галогеноводороды или сероводород. В растворе полярная ковалентная связь между водородом и электроотрицательным элементом поляризуется под действием дипольных молекул воды, и молекулы распадаются на ионы. присутствие ионов водорода в веществе и позволяет называть водные растворы этих бинарных соединений кислотами.
Кислоты называют от названия бинарного соединения прибавлением окончания -ная. например, HF – фтороводородная кислота. Анион кислоты называют по названию элемента прибавлением окончания -ид, например, Cl – хлорид.
Кислородосодержащие кислоты (оксокислоты) – это кислотные гидроксиды, диссоциирующие по кислотному типу, то есть как протолиты. Общая формула их – Э(ОН)mOn, где Э – неметалл или металл с переменной валентностью в высшей степени окисления. при условии, когда n равно 0, то кислота слабая (H 2 BO 3 – борная), если n=1, то кислота либо слабая, либо средней силы (H 3 PO 4 -ортофосфорная), если n больше или равно 2, то кислота считается сильной (H 2 SO 4).
Рис. 2. Серная кислота.
Кислотным гидроксидам соответствуют кислотные оксиды или ангидриды кислот, например, серной кислоте соответствует серный ангидрид SO 3 .
Для кислот характерен ряд свойств, которые отличают их от солей и других химических элементов:
H 2 SO 4 =H+ +HSO 4 –
В зависимости от того, является ли кислота концентрированной или разбавленной зависит цвет индикатора. Так, например, при опускании лакмуса в концентрированную серную кислоту, индикатор становится красным, в разбавленной же серной кислоте цвет не изменится.
H 2 SiO 3 (слабая, нерастворимая в воде кислота)+ Cu(OH) 2 – реакция не идет
Но в других случаях реакция нейтрализации с этими реагентами идет:
H 2 SiO 3 +2KOH (щелочь)=K 2 SiO 3 +2H 2 O
Fe 2 O 3 +3H 2 SO 4 =Fe 2 (SO 4) 3 +3H 2 O
Азотная кислота и концентрированная серная кислоты реагируют с металлами за счет восстановления не водорода, а центрального атома:
Mg+H 2 SO 4 +MgSO 4 +H 2
Na 2 SiO 3 (растворимая соль слабой кислоты)+2HCl (сильная кислота)=H 2 SiO 3 (слабая нерастворимая кислота)+2NaCl (растворимая соль)
Многие кислоты находят применение в промышленности, например, уксусная кислота необходима для консервирования мясных и рыбных продуктов
| Формула кислоты | Название кислоты | Название соли | Соответствующий оксид |
| HCl | Соляная | Хлориды | ---- |
| HI | Йодоводородная | Иодиды | ---- |
| HBr | Бромоводородная | Бромиды | ---- |
| HF | Плавиковая | Фториды | ---- |
| HNO 3 | Азотная | Нитраты | N 2 O 5 |
| H 2 SO 4 | Серная | Сульфаты | SO 3 |
| H 2 SO 3 | Сернистая | Сульфиты | SO 2 |
| H 2 S | Сероводородная | Сульфиды | ---- |
| H 2 CO 3 | Угольная | Карбонаты | CO 2 |
| H 2 SiO 3 | Кремниевая | Силикаты | SiO 2 |
| HNO 2 | Азотистая | Нитриты | N 2 O 3 |
| H 3 PO 4 | Фосфорная | Фосфаты | P 2 O 5 |
| H 3 PO 3 | Фосфористая | Фосфиты | P 2 O 3 |
| H 2 CrO 4 | Хромовая | Хроматы | CrO 3 |
| H 2 Cr 2 O 7 | Двухромовая | Бихроматы | CrO 3 |
| HMnO 4 | Марганцовая | Перманганаты | Mn 2 O 7 |
| HClO 4 | Хлорная | Перхлораты | Cl 2 O 7 |
Кислоты в лаборатории можно получить:
1) при растворении кислотных оксидов в воде:
N 2 O 5 + H 2 O → 2HNO 3 ;
CrO 3 + H 2 O → H 2 CrO 4 ;
2) при взаимодействии солей с сильными кислотами:
Na 2 SiO 3 + 2HCl → H 2 SiO 3 ¯ + 2NaCl;
Pb(NO 3) 2 + 2HCl → PbCl 2 ¯ + 2HNO 3 .
Кислоты взаимодействуют с металлами, основаниями, основными и амфотерными оксидами, амфотерными гидроксидами и солями:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2 ;
Cu + 4HNO 3 (концентр.) → Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O;
H 2 SO 4 + Ca(OH) 2 → CaSO 4 ¯ + 2H 2 O;
2HBr + MgO → MgBr 2 + H 2 O;
6HI + Al 2 O 3 → 2AlBr 3 + 3H 2 O;
H 2 SO 4 + Zn(OH) 2 → ZnSO 4 + 2H 2 O;
AgNO 3 + HCl → AgCl¯ + HNO 3 .
Обычно кислоты взаимодействуют только с теми металлами, которые в электрохимическом ряду напряжения стоят до водорода, при этом выделяется свободный водород. С малоактивными металлами (в электрохимическом ряду напряжения стоят после водорода) такие кислоты не взаимодействуют. Кислоты, являющиеся сильными окислителями (азотная, концентрированная серная), реагируют со всеми металлами, за исключением благородных (золото, платина), но при этом выделяется не водород, а вода и оксид, например, SO 2 или NO 2 .
Солью называют продукт замещения водорода в кислоте на металл.
Все соли делятся на:
средние – NaCl, K 2 CO 3 , KMnO 4 , Ca 3 (PO 4) 2 и др.;
кислые – NaHCO 3 , KH 2 PO 4 ;
основные – CuOHCl, Fe(OH) 2 NO 3 .
Средней солью называется продукт полного замещения ионов водорода в молекуле кислоты атомами металла.
Кислые соли содержат атомы водорода, способные участвовать в химических обменных реакциях. В кислых солях произошло неполное замещение атомов водорода атомами металла.
Основные соли – это продукт неполного замещения гидроксо-групп оснований многовалентных металлов кислотными остатками. Основные соли всегда содержат гидроксогруппу.
Средние соли получают взаимодействием:
1) кислоты и основания:
NaOH + HCl → NaCl + H 2 O;
2) кислоты и основного оксида:
H 2 SO 4 + CaO → CaSO 4 ¯ + H 2 O;
3) кислотного оксида и основания:
SO 2 + 2KOH → K 2 SO 3 + H 2 O;
4) кислотного и основного оксидов:
MgO + CO 2 → MgCO 3 ;
5) металла с кислотой:
Fe + 6HNO 3 (концентр.) → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O;
6) двух солей:
AgNO 3 + KCl → AgCl¯ + KNO 3 ;
7) соли и кислоты:
Na 2 SiO 3 + 2HCl → 2NaCl + H 2 SiO 3 ¯;
8) соли и щелочи:
CuSO 4 + 2CsOH → Cu(OH) 2 ¯ + Cs 2 SO 4 .
Кислые соли получают:
1) при нейтрализации многоосновных кислот щелочью в избытке кислоты:
H 3 PO 4 + NaOH → NaH 2 PO 4 + H 2 O;
2) при взаимодействии средних солей с кислотами:
СaCO 3 + H 2 CO 3 → Ca(HCO 3) 2 ;
3) при гидролизе солей, образованных слабой кислотой:
Na 2 S + H 2 O → NaHS + NaOH.
Основные соли получают:
1) при реакции между основанием многовалентного металла и кислотой в избытке основания:
Cu(OH) 2 + HCl → CuOHCl + H 2 O;
2) при взаимодействии средних солей со щелочами:
СuCl 2 + KOH → CuOHCl + KCl;
3) при гидролизе средних солей, образованных слабыми основаниями:
AlCl 3 +H 2 O → AlOHCl 2 + HCl.
Соли могут взаимодействовать с кислотами, щелочами, другими солями, с водой (реакция гидролиза):
2H 3 PO 4 + 3Ca(NO 3) 2 → Ca 3 (PO 4) 2 ¯ + 6HNO 3 ;
FeCl 3 + 3NaOH → Fe(OH) 3 ¯ + 3NaCl;
Na 2 S + NiCl 2 → NiS¯ + 2NaCl.
В любом случае реакция ионного обмена идет до конца только тогда, когда образуется малорастворимое, газообразное или слабо диссоциирующее соединение.
Кроме того, соли могут взаимодействовать с металлами при условии, что металл более активный (имеет более отрицательный электродный потенциал), чем металл, входящий в состав соли:
Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu.
Для солей также характерны реакции разложения:
BaCO 3 → BaO + CO 2 ;
2KClO 3 → 2KCl + 3O 2 .
Лабораторная работа №1
ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА
ОСНОВАНИЙ, КИСЛОТ И СОЛЕЙ
Опыт 1. Получение щелочей.
1.1. Взаимодействие металла с водой.
В кристаллизатор или фарфоровую чашечку налейте дистиллированной воды (примерно 1/2 сосуда). Получите у преподавателя кусочек металлического натрия, предварительно подсушенного фильтровальной бумагой. Бросьте кусочек натрия в кристаллизатор с водой. По окончании реакции добавьте несколько капель фенолфталеина. Отметьте наблюдаемые явления, составьте уравнение реакции. Назовите полученное соединение, запишите его структурную формулу.
1.2. Взаимодействие оксида металла с водой.
В пробирку налейте дистиллированной воды (1/3 пробирки) и поместите в нее комочек CaO, тщательно перемешайте, добавьте 1 – 2 капли фенолфталеина. Отметьте наблюдаемые явления, напишите уравнение реакции. Назовите полученное соединение, дайте его структурную формулу.
Называются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода.
Кислоты классифицируются по их силе, по основности и по наличию или отсутствию кислорода в составе кислоты.
По силе кислоты делятся на сильные и слабые. Важнейшие сильные кислоты - азотная HNO 3 , серная H 2 SO 4 , и соляная HCl .
По наличию кислорода различают кислородсодержащие кислоты ( HNO 3 , H 3 PO 4 и т.п.) и бескислородные кислоты ( HCl , H 2 S , HCN и т.п.).
По основности , т.е. по числу атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться атомами металла с образованием соли, кислоты подразделяются на одноосновные (например, HNO 3 , HCl ), двухосновные (H 2 S , H 2 SO 4 ), трехосновные (H 3 PO 4 ) и т. д.
Названия бескислородных кислот производятся от названия неметалла с прибавлением окончания -водородная: HCl - хлороводородная кислота, H 2 S е - селеноводородная кислота, HCN - циановодородная кислота.
Названия кислородсодержащих кислот также образуются от русского названия соответствующего элемента с добавлением слова «кислота». При этом название кислоты, в которой элемент находится в высшей степени окисления , оканчивается на «ная» или «овая», например, H 2 SO 4 - серная кислота, HClO 4 - хлорная кислота, H 3 AsO 4 - мышьяковая кислота. С понижением степени окисления кислотообразующего элемента окончания изменяются в следующей последовательности: «оватая» ( HClO 3 - хлорноватая кислота), «истая» ( HClO 2 - хлористая кислота), «оватистая» ( H О Cl - хлорноватистая кислота). Если элемент образует кислоты, находясь только в двух степенях окисления, то название кислоты, отвечающее низшей степени окисления элемента, получает окончание «истая» ( HNO 3 - азотная кислота, HNO 2 - азотистая кислота).
Таблица - Важнейшие кислоты и их соли
|
Кислота |
Названия соответствующих нормальных солей |
|
|
Название |
Формула |
|
|
Азотная |
HNO 3 |
Нитраты |
|
Азотистая |
HNO 2 |
Нитриты |
|
Борная (ортоборная) |
H 3 BO 3 |
Бораты (ортобораты) |
|
Бромоводородная |
Бромиды |
|
|
Иодоводородная |
Иодиды |
|
|
Кремниевая |
H 2 SiO 3 |
Силикаты |
|
Марганцовая |
HMnO 4 |
Перманганаты |
|
Метафосфорная |
HPO 3 |
Метафосфаты |
|
Мышьяковая |
H 3 AsO 4 |
Арсенаты |
|
Мышьяковистая |
H 3 AsO 3 |
Арсениты |
|
Ортофосфорная |
H 3 PO 4 |
Ортофосфаты (фосфаты) |
|
Дифосфорная (пирофосфорная) |
H 4 P 2 O 7 |
Дифосфаты (пирофосфаты) |
|
Дихромовая |
H 2 Cr 2 O 7 |
Дихроматы |
|
Серная |
H 2 SO 4 |
Сульфаты |
|
Сернистая |
H 2 SO 3 |
Сульфиты |
|
Угольная |
H 2 CO 3 |
Карбонаты |
|
Фосфористая |
H 3 PO 3 |
Фосфиты |
|
Фтороводородная (плавиковая) |
Фториды |
|
|
Хлороводородная (соляная) |
Хлориды |
|
|
Хлорная |
HClO 4 |
Перхлораты |
|
Хлорноватая |
HClO 3 |
Хлораты |
|
Хлорноватистая |
HClO |
Гипохлориты |
|
Хромовая |
H 2 CrO 4 |
Хроматы |
|
Циановодородная (синильная) |
Цианиды |
|
Получение кислот
1. Бескислородные кислоты могут быть получены при непосредственном соединении неметаллов с водородом:
H 2 + Cl 2 → 2HCl,
H 2 + S H 2 S.
2. Кислородсодержащие кислоты нередко могут быть получены при непосредственном соединении кислотных оксидов с водой:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 ,
CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3 ,
P 2 O 5 + H 2 O = 2 HPO 3 .
3. Как бескислородные, так и кислородсодержащие кислоты можно получить по реакциям обмена между солями и другими кислотами:
BaBr 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HBr,
CuSO 4 + H 2 S = H 2 SO 4 + CuS,
CaCO 3 + 2HBr = CaBr 2 + CO 2 + H 2 O.
4. В ряде случаев для получения кислот могут быть использованы окислительно-восстановительные реакции:
H 2 O 2 + SO 2 = H 2 SO 4 ,
3P + 5HNO 3 + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO .
Химические свойства кислот
1. Наиболее характерное химическое свойство кислот - их способность реагировать с основаниями (а также с основными и амфотерными оксидами) с образованием солей, например:
H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O,
2HNO 3 + FeO = Fe(NO 3) 2 + H 2 O,
2 HCl + ZnO = ZnCl 2 + H 2 O .
2. Способность взаимодействовать с некоторыми металлами, стоящими в ряду напряжения до водорода, с выделением водорода:
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 ,
2Al + 6HCl = 2AlCl 3 + 3H 2 .
3. С солями, если образуется малорастворимая соль или летучее вещество:
H 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2HCl,
2HCl + Na 2 CO 3 = 2NaCl + H 2 O + CO 2 ,
2KHCO 3 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 +2SO 2 + 2H 2 O.
Заметим, что многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, причем легкость диссоциации по каждой из ступеней падает, поэтому для многоосновных кислот вместо средних солей часто образуются кислые (в случае избытка реагирующей кислоты):
Na 2 S + H 3 PO 4 = Na 2 HPO 4 + H 2 S ,
NaOH + H 3 PO 4 = NaH 2 PO 4 + H 2 O.
4. Частным случаем кислотно-основного взаимодействия являются реакции кислот с индикаторами, приводящие к изменению окраски, что издавна используется для качественного обнаружения кислот в растворах. Так, лакмус изменяет цвет в кислой среде на красный.
5. При нагревании кислородсодержащие кислоты разлагаются на оксид и воду (лучше в присутствии водоотнимающего P 2 O 5 ):
H 2 SO 4 = H 2 O + SO 3 ,
H 2 SiO 3 = H 2 O + SiO 2 .
М.В. Андрюxoва, Л.Н. Бopoдина
