Краткий ответ

Основное свойство кислот в растворах связано с катионами водорода \( \mathrm{H^+} \). Кислоты:

1. реагируют с основаниями и щёлочами → образуются соль и вода;
2. реагируют с нерастворимыми гидроксидами → образуются соль и вода;
3. реагируют с оксидами металлов → образуются соль и вода;
4. реагируют с некоторыми металлами → образуются соль и водород;
5. реагируют с солями, если образуется газ, осадок или слабый электролит.

Главное сокращённое ионное уравнение нейтрализации:

\[ \mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O} \]

Подробный конспект

1. Кислоты в растворах

Сильные кислоты являются сильными электролитами и практически полностью распадаются на ионы:

\[ \mathrm{HCl \rightarrow H^+ + Cl^-} \]

\[ \mathrm{HNO_3 \rightarrow H^+ + NO_3^-} \]

\[ \mathrm{H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}} \]

Именно ионы \( \mathrm{H^+} \) определяют основные свойства кислот.

Индикаторы

Индикаторы меняют окраску в зависимости от среды раствора.

Индикатор	В кислой среде	В щелочной среде
Лакмус	красный	синий
Метилоранж	красный	жёлтый
Фенолфталеин	бесцветный	малиновый

Лабораторный опыт 14

В пробирки с растворами серной, азотной и соляной кислот добавляли лакмус и метилоранж.

Наблюдение:

• лакмус во всех растворах становится красным;
• метилоранж во всех растворах становится красным;
• во всех пробирках обнаруживается кислая среда.

Фенолфталеин для этого опыта не использовали, потому что в кислой среде он остаётся бесцветным и не даёт заметного изменения окраски.

---

2. Реакция кислот с основаниями

Кислоты реагируют с основаниями с образованием соли и воды:

\[ \mathrm{Кислота + основание \rightarrow соль + вода} \]

Такая реакция называется реакцией нейтрализации.

Реакция нейтрализации является частным случаем реакций обмена.

Лабораторный опыт 15

В растворы гидроксида натрия добавляли фенолфталеин.

Наблюдение:

• раствор гидроксида натрия окрашивается в малиновый цвет;
• при добавлении кислоты окраска постепенно исчезает;
• дно пробирок нагревается.

Исчезновение окраски означает, что ионы \( \mathrm{OH^-} \) расходуются при взаимодействии с ионами \( \mathrm{H^+} \). Раствор перестаёт быть щелочным.

Нагревание пробирок показывает, что реакция нейтрализации сопровождается выделением теплоты.

Молекулярные уравнения

С серной кислотой:

\[ \mathrm{2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O} \]

С азотной кислотой:

\[ \mathrm{NaOH + HNO_3 \rightarrow NaNO_3 + H_2O} \]

С соляной кислотой:

\[ \mathrm{NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O} \]

Полное ионное уравнение

Например, для реакции гидроксида натрия с серной кислотой:

\[ \mathrm{2Na^+ + 2OH^- + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-} + 2H_2O} \]

Ионы \( \mathrm{Na^+} \) и \( \mathrm{SO_4^{2-}} \) не изменяются. Они присутствуют и слева, и справа, поэтому их сокращают:

\[ \mathrm{2H^+ + 2OH^- \rightarrow 2H_2O} \]

После сокращения коэффициентов:

\[ \boxed{\mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O}} \]

Это сокращённое ионное уравнение. Оно показывает, какие частицы непосредственно участвуют в реакции.

Для реакций с азотной и соляной кислотами сокращённое ионное уравнение будет таким же:

\[ \mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O} \]

---

3. Реакция кислот с нерастворимыми гидроксидами

Кислоты реагируют не только с растворимыми основаниями, но и с нерастворимыми гидроксидами.

Общая схема:

\[ \mathrm{Нерастворимый\ гидроксид + кислота \rightarrow соль + вода} \]

Лабораторный опыт 16

Сначала получают осадок гидроксида меди(II):

\[ \mathrm{CuSO_4 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4} \]

Гидроксид меди(II) — голубой осадок.

Затем к нему добавляют соляную, серную и азотную кислоты.

Наблюдение во всех трёх пробирках:

• голубой осадок растворяется;
• образуется голубой раствор соли меди(II);
• ионы меди \( \mathrm{Cu^{2+}} \) переходят в раствор.

Сокращённое ионное уравнение

\[ \boxed{\mathrm{Cu(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O}} \]

Молекулярные уравнения

С соляной кислотой:

\[ \mathrm{Cu(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + 2H_2O} \]

С серной кислотой:

\[ \mathrm{Cu(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + 2H_2O} \]

С азотной кислотой:

\[ \mathrm{Cu(OH)_2 + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2H_2O} \]

Сущность всех трёх реакций одинакова: ионы \( \mathrm{H^+} \) соединяются с гидроксид-ионами в составе \( \mathrm{Cu(OH)_2} \), образуя воду.

---

4. Реакция кислот с оксидами металлов

Кислоты реагируют с основными оксидами металлов с образованием соли и воды:

\[ \mathrm{Основный\ оксид + кислота \rightarrow соль + вода} \]

Лабораторный опыт 17

В пробирки помещают чёрный порошок оксида меди(II) и добавляют кислоты. При нагревании:

• чёрный порошок постепенно растворяется;
• образуется раствор соли меди(II);
• раствор обычно имеет голубую или сине-зелёную окраску.

Сокращённое ионное уравнение

\[ \boxed{\mathrm{CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O}} \]

Молекулярные уравнения

С соляной кислотой:

\[ \mathrm{CuO + 2HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O} \]

С серной кислотой:

\[ \mathrm{CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O} \]

С азотной кислотой:

\[ \mathrm{CuO + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O} \]

---

5. Реакция кислот с металлами

Некоторые металлы реагируют с кислотами с образованием соли и водорода:

\[ \mathrm{Металл + кислота \rightarrow соль + H_2\uparrow} \]

Из рассмотренных кислот обычную реакцию с выделением водорода дают:

• соляная кислота;
• разбавленная серная кислота.

Азотная кислота и концентрированная серная кислота взаимодействуют с металлами по-другому. Эти реакции изучаются отдельно.

Лабораторный опыт 18

К цинку добавляют соляную и разбавленную серную кислоту.

Наблюдение:

• выделяются пузырьки газа;
• гранулы цинка постепенно уменьшаются;
• в раствор переходят ионы цинка \( \mathrm{Zn^{2+}} \).

Выделяющийся газ — водород.

Сокращённое ионное уравнение

\[ \boxed{\mathrm{Zn + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2\uparrow}} \]

Молекулярные уравнения

С соляной кислотой:

\[ \mathrm{Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow} \]

С разбавленной серной кислотой:

\[ \mathrm{Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow} \]

Ряд активности металлов

Способность металла вытеснять водород из кислоты зависит от положения металла в ряду активности:

\[ \mathrm{Rb\ K\ Ca\ Na\ Mg\ Al\ Mn\ Zn\ Cr\ Fe\ Cd\ Co\ Ni\ Sn\ Pb\ (H_2)\ Cu\ Hg\ Ag\ Pt\ Au} \]

Активность металлов уменьшается слева направо.

Правило

Металлы, расположенные до водорода, могут вытеснять водород из растворов соляной кислоты и разбавленной серной кислоты.

Металлы, расположенные после водорода, обычно не вытесняют водород из этих кислот.

Лабораторный опыт 19

Медь помещают в соляную кислоту.

Медь находится в ряду активности после водорода, поэтому:

• пузырьки газа не выделяются;
• медь не растворяется;
• видимой реакции нет.

Уравнение реакции не записывают, так как реакция практически не происходит.

Условие образования растворимой соли

Для реакции металла с кислотой должна образоваться растворимая соль.

Лабораторный опыт 20

Свинец помещают в раствор серной кислоты.

Свинец находится до водорода, но на его поверхности образуется нерастворимый сульфат свинца(II):

\[ \mathrm{PbSO_4\downarrow} \]

Эта плёнка покрывает металл и препятствует дальнейшему соприкосновению свинца с кислотой. Поэтому реакция быстро прекращается, и заметного выделения водорода не наблюдается.

Важное замечание

Щелочные и щёлочноземельные металлы одновременно реагируют с водой. Поэтому реакции таких металлов с кислотами в данном разделе обычно отдельно не рассматривают: фактически протекают две реакции.

---

6. Реакции кислот с солями

Реакции между растворами электролитов называются реакциями ионного обмена.

Правило Бертолле

Реакция между растворами электролитов возможна, если в результате образуется:

1. газ;
2. осадок;
3. слабый электролит, например вода.

Если ни одно из этих веществ не образуется, реакция обычно не протекает.

---

6.1. Реакция кислот с карбонатами

Карбонат натрия — сильный электролит:

\[ \mathrm{Na_2CO_3 \rightarrow 2Na^+ + CO_3^{2-}} \]

Лабораторный опыт 21

К раствору карбоната натрия добавляют соляную, серную и азотную кислоты.

Наблюдение:

• во всех пробирках происходит бурное выделение пузырьков углекислого газа;
• образуется вода.

Сокращённое ионное уравнение

\[ \boxed{\mathrm{2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow}} \]

Сначала могло бы образоваться угольная кислота:

\[ \mathrm{2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2CO_3} \]

Но угольная кислота неустойчива и разлагается:

\[ \mathrm{H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow} \]

Молекулярные уравнения

С соляной кислотой:

\[ \mathrm{Na_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2O + CO_2\uparrow} \]

С серной кислотой:

\[ \mathrm{Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2\uparrow} \]

С азотной кислотой:

\[ \mathrm{Na_2CO_3 + 2HNO_3 \rightarrow 2NaNO_3 + H_2O + CO_2\uparrow} \]

---

6.2. Реакция кислот с силикатами

Силикат натрия содержит силикат-ионы:

\[ \mathrm{Na_2SiO_3 \rightarrow 2Na^+ + SiO_3^{2-}} \]

При добавлении кислоты образуется кремниевая кислота — слабый электролит и нерастворимое вещество.

Лабораторный опыт 22

К раствору силиката натрия добавляют соляную, серную и азотную кислоты.

Наблюдение:

• образуется белый студенистый осадок кремниевой кислоты.

Сокращённое ионное уравнение

\[ \boxed{\mathrm{2H^+ + SiO_3^{2-} \rightarrow H_2SiO_3\downarrow}} \]

Молекулярные уравнения

С соляной кислотой:

\[ \mathrm{2HCl + Na_2SiO_3 \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2NaCl} \]

С серной кислотой:

\[ \mathrm{H_2SO_4 + Na_2SiO_3 \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + Na_2SO_4} \]

С азотной кислотой:

\[ \mathrm{2HNO_3 + Na_2SiO_3 \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2NaNO_3} \]

---

6.3. Реакция соляной кислоты с нитратом серебра

Ионы хлора можно обнаружить с помощью ионов серебра.

Сокращённое ионное уравнение:

\[ \boxed{\mathrm{Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow}} \]

Хлорид серебра \( \mathrm{AgCl} \) — белый творожистый осадок.

Лабораторный опыт 23

К соляной кислоте добавляют раствор нитрата серебра.

Наблюдение:

• образуется белый осадок хлорида серебра.

Молекулярное уравнение:

\[ \mathrm{HCl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + HNO_3} \]

---

7. Как составлять ионные уравнения

Для решения похожих заданий используй такой алгоритм.

Шаг 1. Запиши молекулярное уравнение

Например:

\[ \mathrm{NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O} \]

Шаг 2. Расставь коэффициенты

В данном случае уравнение уже составлено правильно.

Шаг 3. Разложи сильные растворимые электролиты на ионы

\[ \mathrm{Na^+ + OH^- + H^+ + Cl^- \rightarrow Na^+ + Cl^- + H_2O} \]

Не раскладывают на ионы:

• осадки;
• газы;
• воду;
• слабые электролиты;
• нерастворимые вещества.

Шаг 4. Сократи одинаковые ионы

Ионы \( \mathrm{Na^+} \) и \( \mathrm{Cl^-} \) находятся по обе стороны уравнения:

\[ \mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O} \]

Шаг 5. Проверь уравнение

Нужно проверить:

• число атомов каждого элемента;
• суммарный заряд слева и справа;
• наличие стрелок \( \uparrow \) для газа и \( \downarrow \) для осадка.

Например, в уравнении

\[ \mathrm{2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2} \]

слева заряд равен \(+2-2=0\), справа вещества нейтральны. Уравнение составлено верно.

---

Итоговая таблица

Взаимодействие	Основной признак	Сокращённое ионное уравнение
Кислота + щёлочь	Образование воды, выделение теплоты	\(\mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O}\)
Кислота + нерастворимый гидроксид	Растворение осадка	\(\mathrm{Cu(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2H_2O}\)
Кислота + оксид металла	Растворение оксида	\(\mathrm{CuO + 2H^+ \rightarrow Cu^{2+} + H_2O}\)
Кислота + активный металл	Выделение водорода	\(\mathrm{Zn + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2}\)
Кислота + карбонат	Выделение углекислого газа	\(\mathrm{2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2}\)
Кислота + силикат	Выпадение осадка	\(\mathrm{2H^+ + SiO_3^{2-} \rightarrow H_2SiO_3\downarrow}\)
Хлорид-ион + ион серебра	Белый осадок	\(\mathrm{Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow}\)

Главный принцип: в реакциях кислот участвуют ионы \( \mathrm{H^+} \). Именно они соединяются с \( \mathrm{OH^-} \), карбонат-ионами, силикат-ионами или реагируют с активными металлами.