конспект
Сверь числа и знаки с фото.
5.1. Кислоты в свете теории электролитической диссоциации
Кислоты — это электролиты, которые диссоциируют на катионы водорода и анионы кислотного остатка.
72
КЛАССИФИКАЦИЯ КИСЛОТ
Кислоты — это многочисленный класс соединений, а поэтому нуждается в классификации, т. е. делении на группы по определённым признакам. Классификация кислот по разным признакам приведена в табл. 5.1.
Таблица 5.1. Классификация кислот
Признак классификации Группа кислот Примеры Наличие атома кислорода Кислородсодержащие \( \mathrm{H_2SO_4} \), \( \mathrm{HNO_3} \), \( \mathrm{H_3PO_4} \) Бескислородные \( \mathrm{H_2S} \), \( \mathrm{HCl} \), \( \mathrm{HCN} \) Основность (число атомов водорода в молекуле, способных замещаться на металл) Одноосновные \( \mathrm{HCl} \), \( \mathrm{HNO_3} \) Двухосновные \( \mathrm{H_2S} \), \( \mathrm{H_2SO_3} \), \( \mathrm{H_2CO_3} \) Трёхосновные \( \mathrm{H_3PO_4} \) Растворимость Растворимые \( \mathrm{H_2SO_4} \), \( \mathrm{HNO_3} \), \( \mathrm{HBr} \) Нерастворимые \( \mathrm{H_2SiO_3} \) Летучесть Летучие \( \mathrm{HCl} \), \( \mathrm{H_2S} \) Нелетучие \( \mathrm{H_2SO_4} \), \( \mathrm{H_2SiO_3} \) Степень электролитической диссоциации Сильные (\( \alpha \to 1 \)) \( \mathrm{H_2SO_4} \), \( \mathrm{HCl} \), \( \mathrm{HNO_3} \) Слабые (\( \alpha \to 0 \)) \( \mathrm{H_2S} \), \( \mathrm{H_2CO_3} \) Стабильность Стабильные \( \mathrm{H_2SO_4} \), \( \mathrm{H_3PO_4} \), \( \mathrm{HCl} \) Нестабильные \( \mathrm{H_2CO_3} \), \( \mathrm{H_2SO_3} \), \( \mathrm{H_2SiO_3} \) ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОТ
Кислый вкус, действие на индикаторы, электрическая проводимость, взаимодействие с металлами, основными и амфотерными оксидами, основаниями и солями — все эти свойства являются общими для неорганических кислот. Общие свойства кислот определяются их диссоциацией с образованием катионов водорода.
Изменение окраски индикаторов (лабораторный опыт № 7). В растворах кислот индикаторы изменяют свою окраску.
73
Взаимодействие металлов с растворами кислот (лабораторный опыт № 8). Это взаимодействие происходит при соблюдении ряда условий:
- металл должен находиться в ряду напряжений левее водорода;
- в результате реакции должна образоваться растворимая соль, так как в противном случае она покроет металл плёнкой и доступ кислоты к поверхности металла прекратится;
- для этих реакций не рекомендуется использовать щелочные металлы (Почему?);
- концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации взаимодействуют с металлами по-особому.
Например, при взаимодействии соляной кислоты с цинком образуется водород:
\[ \mathrm{Zn + 2HCl = ZnCl_2 + H_2} \] \[ \mathrm{Zn + 2H^+ = Zn^{2+} + H_2} \]
Концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации взаимодействуют с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода и после водорода, при этом никогда не выделяется водород. В результате реакций этих кислот с металлами образуются соль, вода и продукт восстановления сульфат- или нитрат-анионов. Так, при взаимодействии концентрированной серной кислоты с медью образуется оксид серы(IV):
\[ \mathrm{Cu + 2H_2SO_4 = CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O} \]
При взаимодействии концентрированной азотной кислоты с медью выделяется бурый оксид азота(IV):
\[ \mathrm{Cu + 4HNO_3 = Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O} \]
Аналогичная реакция меди с разбавленной азотной кислотой даёт бесцветный оксид азота(II) в качестве продукта восстановления нитрат-ионов:
\[ \mathrm{3Cu + 8HNO_3 = 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O} \]
Концентрированная серная кислота обугливает органические вещества (цв. вклейка, рис. 12), так как является очень гигроскопичной. (Вспомните правило разбавления концентрированной серной кислоты!)
74
Взаимодействие кислот с оксидами металлов (лабораторный опыт № 9). С основными и амфотерными оксидами взаимодействуют все сильные кислоты; например:
\[ \mathrm{CuO + 2HNO_3 = Cu(NO_3)_2 + H_2O} \] \[ \mathrm{CuO + H_2SO_4 = CuSO_4 + H_2O} \]
или общее ионное уравнение реакции:
\[ \mathrm{CuO + 2H^+ = Cu^{2+} + H_2O} \]
Взаимодействие кислот с гидроксидами металлов (лабораторный опыт № 10). С основаниями (щелочами и нерастворимыми в воде основаниями) и амфотерными гидроксидами взаимодействуют все кислоты:
\[ \mathrm{NaOH + HNO_3 = NaNO_3 + H_2O} \] \[ \mathrm{H^+ + OH^- = H_2O} \] \[ \mathrm{Cu(OH)_2 + H_2SO_4 = CuSO_4 + 2H_2O} \] \[ \mathrm{Cu(OH)_2 + 2H^+ = Cu^{2+} + 2H_2O} \]
Взаимодействие кислот с солями (лабораторный опыт № 11). С солями кислоты взаимодействуют, если в результате реакции образуется осадок или газ.
Качественной реакцией на галогенид-ионы \( \mathrm{X^- = Cl^-} \), \( \mathrm{Br^-} \), \( \mathrm{I^-} \) (кроме ионов \( \mathrm{F^-} \)) является реакция с нитратом серебра(I) (точнее — с катионами серебра(I), так как \( \mathrm{AgNO_3 = Ag^+ + NO_3^-} \)):
\[ \mathrm{Ag^+ + X^- = AgX} \downarrow \]
Качественной реакцией на серную кислоту и ее соли является реакция с раствором соли бария:
\[ \mathrm{H_2SO_4 + BaCl_2 = BaSO_4} \downarrow + \mathrm{2HCl} \] \[ \mathrm{SO_4^{2-} + Ba^{2+} = BaSO_4} \downarrow \]
Качественной реакцией на соли угольной кислоты (карбонат- или гидрокарбонат-ионы) является их взаимодействие с кислотами:
\[ \mathrm{Na_2CO_3 + 2HNO_3 = 2NaNO_3 + H_2O + CO_2} \uparrow \] \[ \mathrm{CO_3^{2-} + 2H^+ = H_2O + CO_2} \uparrow \]
75
ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОТ
Бескислородные кислоты получают двумя основными способами.
Первый способ заключается в синтезе соответствующих водородных соединений неметаллов из простых веществ с последующим растворением их в воде. Так в промышленности получают хлороводородную (соляную) кислоту:
\[ \mathrm{H_2 + Cl_2 = 2HCl} \]
Аналогично можно получать и другие галогеноводородные кислоты.
Второй способ заключается в вытеснении галогеноводородов из твердых солей концентрированной серной кислотой:
\[ \mathrm{NaCl + H_2SO_4 = NaHSO_4 + HCl} \]
или
\[ \mathrm{2NaCl + H_2SO_4 = Na_2SO_4 + 2HCl} \]
Кроме бескислородных кислот вытеснением из солей серной кислотой получают и некоторые кислородсодержащие кислоты, например фосфорную:
\[ \mathrm{Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 = 3CaSO_4 + 2H_3PO_4} \]
В последнем случае кислоту отделяют от малорастворимого сульфата кальция фильтрованием или отстаиванием. Поскольку получающаяся ортофосфорная кислота загрязнена примесями, ее используют для производства фосфорных удобрений.
Чистую фосфорную кислоту получают термическим способом в несколько стадий, используя в качестве сырья фосфат кальция. Из него вначале получают фосфор, который окисляют до оксида фосфора(V), а затем последний растворяют в воде:
\[ \mathrm{Ca_3(PO_4)_2 + 3SiO_2 + 5C} \xrightarrow{t} \mathrm{3CaSiO_3 + 2P + 5CO} \] \[ \mathrm{4P + 5O_2 = 2P_2O_5} \] \[ \mathrm{P_2O_5 + 3H_2O = 2H_3PO_4} \]
Аналогично взаимодействием кислотного оксида с водой получают многие другие кислородсодержащие кислоты:
\[ \mathrm{SO_3 + H_2O = H_2SO_4} \]
76
Конспект: кислоты
Главная мысль. Кислота — это электролит, который при диссоциации образует катионы водорода \( \mathrm{H^+} \) и анионы кислотного остатка. Общие свойства кислот — это прежде всего свойства ионов \( \mathrm{H^+} \).
1. Определение
\[ \mathrm{HCl \to H^+ + Cl^-} \] \[ \mathrm{H_2SO_4 \to 2H^+ + SO_4^{2-}} \]
В воде \( \mathrm{H^+} \) существует в виде иона гидроксония \( \mathrm{H_3O^+} \), но в уравнениях обычно пишут \( \mathrm{H^+} \).
2. Классификация кислот
| Признак | Группы | Примеры |
|---|---|---|
| Наличие кислорода | кислородсодержащие / бескислородные | \( \mathrm{H_2SO_4} \), \( \mathrm{HNO_3} \) / \( \mathrm{HCl} \), \( \mathrm{H_2S} \) |
| Основность | одно-, двух-, трёхосновные | \( \mathrm{HCl} \) / \( \mathrm{H_2SO_4} \) / \( \mathrm{H_3PO_4} \) |
| Растворимость | растворимые / нерастворимые | \( \mathrm{HNO_3} \) / \( \mathrm{H_2SiO_3} \) |
| Летучесть | летучие / нелетучие | \( \mathrm{HCl} \) / \( \mathrm{H_2SO_4} \) |
| Сила | сильные / слабые | \( \mathrm{HCl} \), \( \mathrm{HNO_3} \) / \( \mathrm{H_2S} \), \( \mathrm{H_2CO_3} \) |
| Стабильность | стабильные / нестабильные | \( \mathrm{H_2SO_4} \) / \( \mathrm{H_2CO_3} \) |
Основность — число атомов водорода в молекуле, которые могут замещаться на металл. Например, \( \mathrm{H_3PO_4} \) трёхосновная.
3. Химические свойства
Общее правило: реакция идёт, если образуется осадок, газ или вода.
Индикаторы. В кислотах лакмус краснеет, метилоранж розовеет, фенолфталеин остаётся бесцветным.
Металлы. Реакция с кислотой идёт, если:
- металл стоит в ряду напряжений левее водорода;
- образуется растворимая соль;
- не используется щелочной металл — он реагирует с водой.
\[ \mathrm{Zn + 2HCl = ZnCl_2 + H_2} \] \[ \mathrm{Zn + 2H^+ = Zn^{2+} + H_2} \]
Концентрированная \( \mathrm{H_2SO_4} \) и \( \mathrm{HNO_3} \) любой концентрации реагируют с металлами по-особому: водород не выделяется.
\[ \mathrm{Cu + 2H_2SO_4 = CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O} \] \[ \mathrm{Cu + 4HNO_3 = Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O} \] \[ \mathrm{3Cu + 8HNO_3 = 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O} \]
Оксиды металлов. С основными и амфотерными оксидами реагируют сильные кислоты:
\[ \mathrm{CuO + 2HNO_3 = Cu(NO_3)_2 + H_2O} \] \[ \mathrm{CuO + 2H^+ = Cu^{2+} + H_2O} \]
Гидроксиды. С основаниями и амфотерными гидроксидами реагируют все кислоты:
\[ \mathrm{NaOH + HNO_3 = NaNO_3 + H_2O} \] \[ \mathrm{H^+ + OH^- = H_2O} \] \[ \mathrm{Cu(OH)_2 + H_2SO_4 = CuSO_4 + 2H_2O} \]
Соли. Реакция идёт, если образуется осадок или газ.
\[ \mathrm{Ag^+ + Cl^- = AgCl \downarrow} \] \[ \mathrm{Ba^{2+} + SO_4^{2-} = BaSO_4 \downarrow} \] \[ \mathrm{CO_3^{2-} + 2H^+ = H_2O + CO_2 \uparrow} \]
Это качественные реакции: на хлориды — \( \mathrm{AgNO_3} \), на сульфаты — \( \mathrm{BaCl_2} \), на карбонаты — кислота.
4. Получение кислот
Бескислородные кислоты:
\[ \mathrm{H_2 + Cl_2 = 2HCl} \] \[ \mathrm{NaCl + H_2SO_4 = NaHSO_4 + HCl} \] \[ \mathrm{2NaCl + H_2SO_4 = Na_2SO_4 + 2HCl} \]
Кислородсодержащие кислоты:
\[ \mathrm{Ca_3(PO_4)_2 + 3H_2SO_4 = 3CaSO_4 + 2H_3PO_4} \] \[ \mathrm{SO_3 + H_2O = H_2SO_4} \]
Термический способ получения чистой фосфорной кислоты:
\[ \mathrm{Ca_3(PO_4)_2 + 3SiO_2 + 5C \xrightarrow{t} 3CaSiO_3 + 2P + 5CO} \] \[ \mathrm{4P + 5O_2 = 2P_2O_5} \] \[ \mathrm{P_2O_5 + 3H_2O = 2H_3PO_4} \]
5. Как понять, а не зубрить
Смотри на реакцию как на встречу \( \mathrm{H^+} \) с «мишенью»: металл отдаёт электроны, оксид и гидроксид связывают \( \mathrm{H^+} \) с образованием воды, а соль обменивается ионами. Если в продуктах появляется газ, осадок или вода, реакция идёт.
Проверь себя: \( \mathrm{HCl} \) — бескислородная, одноосновная, растворимая, летучая, сильная, стабильная кислота. А как классифицировать \( \mathrm{H_2SiO_3} \)?
