Структурні формули кислот. Зміна кольору індикаторів у розчинах. Місцезнаходження у природі

7. Кислоти. Солі. Взаємозв'язок між класами неорганічних речовин

7.1. Кислоти

Кислоти - це електроліти, при дисоціації яких як позитивно заряджені іони утворюються тільки катіони водню H+ (точніше - іони гідроксонію H3O+).

Інше визначення: кислоти – це складні речовини, що складаються з атома водню та кислотних залишків (табл. 7.1).

Таблиця 7.1

Формули та назви деяких кислот, кислотних залишків та солей

За звичайних умов кислоти можуть бути твердими речовинами (H 3 PO 4 , H 3 BO 3 , H 2 SiO 3) та рідинами (HNO 3 , H 2 SO 4 , CH 3 COOH). Ці кислоти можуть існувати як в індивідуальному (100%-ному вигляді), так і у вигляді розбавлених та концентрованих розчинів. Наприклад, як в індивідуальному вигляді, так і в розчинах відомі H 2 SO 4 HNO 3 H 3 PO 4 CH 3 COOH.

Ряд кислот відомі лише у розчинах. Це все галогеноводневі (HCl, HBr, HI), сірководнева H 2 S, ціановоднева (синільна HCN), вугільна H 2 CO 3 , сірчиста H 2 SO 3 кислота, які є розчинами газів у воді. Наприклад, соляна кислота - це суміш HCl і H 2 O, вугільна - суміш CO 2 і H 2 O. Зрозуміло, що вживати вираз «розчин соляної кислоти» неправильно.

Більшість кислот розчиняються у воді, нерозчинна кремнієва кислота H 2 SiO 3 . Переважна кількість кислот мають молекулярну будову. Приклади структурних формул кислот:

У більшості молекул кисневмісних кислот всі атоми водню пов'язані з киснем. Але є й винятки:

Кислоти класифікують за низкою ознак (табл. 7.2).

Таблиця 7.2

Класифікація кислот

Всі загальні хімічні властивості кислот обумовлені наявністю в їх водних розчинах надлишку катіонів водню H+(H3O+).

1. Внаслідок надлишку іонів H + водні розчини кислот змінюють забарвлення лакмусу фіолетового та метилоранжу на червоне, (фенолфталеїн забарвлення не змінює, залишається безбарвним). У водному розчині слабкої вугільної кислоти лакмус не червоний, а рожевий, розчин над осадом дуже слабкої кремнієвої кислоти взагалі змінює забарвлення індикаторів.

2. Кислоти взаємодіють з основними оксидами, основами та амфотерними гідроксидами, гідратом аміаку (див. гл. 6).

Приклад 7.1. Для здійснення перетворення BaO → BaSO 4 можна використовувати: а) SO 2; б) H 2 SO 4; в) Na 2 SO 4; г) SO 3 .

Рішення. Перетворення можна здійснити, використовуючи H 2 SO 4:

BaO + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + H 2 O

BaO + SO 3 = BaSO 4

Na 2 SO 4 з BaO не реагує, а реакції BaO з SO 2 утворюється сульфіт барію:

BaO + SO 2 = BaSO 3

Відповідь: 3).

3. Кислоти реагують з аміаком та його водними розчинами з утворенням солей амонію:

HCl + NH 3 = NH 4 Cl - хлорид амонію;

H 2 SO 4 + 2NH 3 = (NH 4) 2 SO 4 - сульфат амонію.

4. Кислоти-неокислювачі з утворенням солі та виділенням водню реагують з металами, розташованими в ряду активності до водню:

H 2 SO 4 (розб) + Fe = FeSO 4 + H 2

2HCl + Zn = ZnCl 2 = H 2

Взаємодія кислот-окислювачів (HNO 3 , H 2 SO 4 (конц)) з металами дуже специфічна і розглядається щодо хімії елементів та їх сполук.

5. Кислоти взаємодіють із солями. Реакція має низку особливостей:

а) у більшості випадків при взаємодії сильнішої кислоти з сіллю слабшої кислоти утворюється сіль слабкої кислоти і слабка кислота або, як кажуть, сильніша кислота витісняє слабшу. Ряд зменшення сили кислот виглядає так:

Приклади реакцій, що протікають:

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 взаємодіють між собою, наприклад, KCl і H 2 SO 4 (розб), NaNO 3 і H 2 SO 4 (розб), K 2 SO 4 і HCl (HNO 3 , HBr, HI), K 3 PO 4 і H 2 CO 3 , CH 3 COOK та H 2 CO 3 ;

б) у деяких випадках слабша кислота витісняє із солі сильнішу:

CuSO 4 + H 2 S = CuS↓ + H 2 SO 4

3AgNO 3 (розб) + H 3 PO 4 = Ag 3 PO 4 ↓ + 3HNO 3 .

Такі реакції можливі тоді, коли опади отриманих солей не розчиняються в розбавлених сильних кислотах, що утворюються (H 2 SO 4 і HNO 3);

в) у разі утворення опадів, нерозчинних у сильних кислотах, можливе перебіг реакції між сильною кислотою та сіллю, утвореною іншою сильною кислотою:

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

Приклад 7.2. Вкажіть ряд, у якому наведено формули речовин, що реагують з H 2 SO 4 (розб).

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 .

Рішення. З H 2 SO 4 (розб) взаємодіють усі речовини ряду 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

У ряді 1) неможлива реакція з KCl (p-p), у ряді 2) - з Ag, у ряді 3) - з NaNO 3 (p-p).

Відповідь: 4).

6. Дуже специфічно в реакціях із солями поводиться концентрована сірчана кислота. Це нелетюча і термічно стійка кислота, тому з твердих (!) солей витісняє всі сильні кислоти, оскільки вони летючі, ніж H 2 SO 4 (конц):

KCl (тв) + H 2 SO 4 (кінець) KHSO 4 + HCl

2KCl (тв) + H 2 SO 4 (конц) K 2 SO 4 + 2HCl

Солі, утворені сильними кислотами (HBr, HI, HCl, HNO 3 , HClO 4), реагують тільки з концентрованою сірчаною кислотою і тільки перебуваючи у твердому стані

Приклад 7.3. Концентрована сірчана кислота, на відміну від розведеної, реагує:

3) KNO 3 (тв);

Рішення. KF, Na 2 CO 3 і Na 3 PO 4 реагують обидві кислоти, а з KNO 3 (тв) - тільки H 2 SO 4 (конц).

Відповідь: 3).

Способи одержання кислот дуже різноманітні.

Безкисневі кислотиотримують:

• розчиненням у воді відповідних газів:

HCl (г) + H 2 O (ж) → HCl (p-p)

H 2 S (г) + H 2 O (ж) → H 2 S (р-р)

• із солей витісненням сильнішими або менш леткими кислотами:

FeS + 2HCl = FeCl 2 + H 2 S

KCl (тв) + H 2 SO 4 (кінець) = KHSO 4 + HCl

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 SO 3

Кисневмісні кислотиотримують:

• розчиненням відповідних кислотних оксидів у воді, при цьому ступінь окислення кислотоутворюючого елемента в оксиді та кислоті залишається однаковим (виняток - NO 2):

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

• окисленням неметалів кислотами-окислювачами:

S + 6HNO 3 (кінець) = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

• витісненням сильної кислоти із солі іншої сильної кислоти (якщо випадає нерозчинний у кислотах, що утворюються, осад):

Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 (розб) = BaSO 4 ↓ + 2HNO 3

AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3

• витіснення летючої кислоти з її солей менш летючою кислотою.

З цією метою найчастіше використовують нелетючу термічно стійку концентровану сірчану кислоту:

NaNO 3 (тв) + H 2 SO 4 (конц) NaHSO 4 + HNO 3

KClO 4 (тв) + H 2 SO 4 (кінець) KHSO 4 + HClO 4

• витісненням слабшої кислоти з її солей сильнішою кислотою:

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 ↓

Кислоти- електроліти, при дисоціації яких із позитивних іонів утворюються тільки іони H + :

HNO 3 ↔ H + + NO 3 -;

CH 3 COOH↔ H + CH 3 COO - .

Усі кислоти класифікують на неорганічні та органічні (карбонові), які також мають свої власні (внутрішні) класифікації.

За нормальних умов значна кількість неорганічних кислот існують у рідкому стані, деякі - у твердому стані (H 3 PO 4 , H 3 BO 3).

Органічні кислоти з числом атомів вуглецю до 3 є легкорухливими безбарвними рідинами з характерним різким запахом; кислоти з 4-9 атомами вуглецю - маслянисті рідини з неприємним запахом, а кислоти з великою кількістю атомів вуглецю - тверді речовини, нерозчинні у воді.

Хімічні формули кислот

Хімічні формули кислот розглянемо на прикладі кількох представників (як неорганічних, так і органічних): хлороводневої кислоти -HCl, сірчаної кислоти - H 2 SO 4 , фосфорної кислоти - H 3 PO 4 , оцтової кислоти - CH 3 COOH і бензойної кислоти - C 6 H5COOH. Хімічна формула показує якісний та кількісний склад молекули (скільки і яких атомів входить у конкретну сполуку). За хімічною формулою можна обчислити молекулярну масу кислот (Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(Cl) = 35,5а. е.м., Ar(P) = 31 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м., Ar(S) = 32 а.е.м., Ar(C) = 12 а.е.м.):

Mr(HCl) = Ar(H) + Ar(Cl);

Mr(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5.

Mr(H 2 SO 4) = 2×Ar(H) + Ar(S) + 4×Ar(O);

Mr(H2SO4) = 2×1 + 32 + 4×16 = 2 + 32 + 64 = 98.

Mr(H 3 PO 4) = 3×Ar(H) + Ar(P) + 4×Ar(O);

Mr(H3PO4) = 3×1 + 31 + 4×16 = 3 + 31 + 64 = 98.

Mr(CH 3 COOH) = 3×Ar(C) + 4×Ar(H) + 2×Ar(O);

Mr(CH 3 COOH) = 3×12 + 4×1 + 2×16 = 36 + 4 + 32 = 72.

Mr(C 6 H 5 COOH) = 7×Ar(C) + 6×Ar(H) + 2×Ar(O);

Mr(C6H5COOH) = 7×12 + 6×1 + 2×16 = 84 + 6 + 32 = 122.

Структурні (графічні) формули кислот

Структурна (графічна) формула речовини є наочнішою. Вона показує, як пов'язані атоми між собою всередині молекули. Вкажемо структурні формули кожної з вищезгаданих сполук:

Рис. 1. Структурна формула хлороводневої кислоти.

Рис. 2. Структурна формула сірчаної кислоти.

Рис. 3. Структурна формула фосфорної кислоти.

Рис. 4. Структурна формула оцтової кислоти.

Рис. 5. Структурна формула бензойної кислоти.

Іонні формули

Усі неорганічні кислоти є електролітами, тобто. здатні дисоціювати у водному розчині на іони:

HCl ↔ H + + Cl -;

H 2 SO 4 ↔ 2H + + SO 4 2-;

H 3 PO 4 ↔ 3H + + PO 4 3- .

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

Винна кислота належить до класу карбонових кислот. Свою назву ця речовина отримала через те, що основним джерелом її одержання є виноградний сік. При бродінні останнього відбувається виділення кислоти як погано розчинної калієвої солі. Основною сферою застосування цієї речовини є виробництво продукції харчової промисловості.

Загальний опис

Винна кислота відноситься до категорії ациклічних двоосновних гідрокислот, у складі яких міститься і гідроксильна, і карбоксильна групи. Такі сполуки розглядають як гідроксильні похідні карбонових кислот. Ця речовина має й інші назви:

• діоксіянтарна;
• тартарова;
• 2, 3-дигідроксибутандіова кислота.

Хімічна формула винної кислоти: С4Н6О6.

Для цієї сполуки характерна стереоізометрія, вона може існувати в 3 формах. Структурні формули винних кислот представлені малюнку нижче.

Найбільш стійкою є третя форма (мезовинна кислота). D- та L-кислоти – оптично активні, але суміш цих ізомерів, взятих в еквівалентній кількості, оптично неактивна. Таку кислоту ще називають r-або i-винною (рацемічною, виноградною). На вигляд ця речовина - це безбарвні кристали або білий порошок.

Місцезнаходження у природі

L-винна (RR-винна) та виноградна кислоти містяться у великій кількості у винограді, продуктах його переробки, а також у кислих соках багатьох фруктів. Вперше ця сполука була виділена з винного каменю – осаду, що випадає під час виготовлення вина. Він є сумішшю виннокислого калію і кальцію.

Мезовинна кислота у природі не зустрічається. Її можна отримати лише штучним шляхом – при кип'ятінні в їдких лугах D- та L-ізомерів, а також при окисленні малеїнової кислоти або фенолу.

Фізичні характеристики

Основними фізичними властивостями винної кислоти є:

• Молекулярна маса – 150 а. е. м.
• Температура плавлення: o D або L-ізомеру - 170 ° С; o виноградної кислоти - 260 ° С; o мезовинної кислоти – 140 °С.
• Щільність – 1,66-1,76 г/см3.
• Розчинність – 135 г безводної речовини на 100 г води (за температури 20 °С).
• Теплота згоряння – 1096,7 кДж/(г∙моль).
• Питома теплоємність – 1,26 кДж/(моль∙°С).
• Молярна теплоємність – 0,189 кДж/(моль∙°С).

Кислота добре розчиняється у воді, при цьому спостерігається поглинання теплоти та зниження температури розчину.

Кристалізація з водних розчинів відбувається в гідратній формі (2С4Н6О6) ∙ Н2О. Кристали мають форму ромбічних призм. У мезовинної кислоти вони призматичні чи лускаті. При нагріванні понад 73 °З спирту кристалізується безводна форма.

Хімічні властивості

Винної кислоти, як і іншим оксикислотам, притаманні всі властивості спиртів та кислот. Функціональні групи -СООН і -OH можуть реагувати з іншими сполуками як незалежно, так і взаємно впливати один на одного, що обумовлює хімічні особливості цієї речовини:

• Електролітична дисоціація. Винна кислота є сильнішим електролітом, ніж родоначальні карбонові кислоти. Найбільший ступінь дисоціації мають D- або L-ізомери, найменший – мезовинна кислота.
• Освіта кислих та середніх солей (тартратів). Найбільш поширеними з них є: кисло-виннокислий та виннокислий калій, виннокислий кальцій.
• Формування з металами хелатних комплексів, що мають різну будову. Склад цих сполук залежить від кислотності середовища.
• Утворення складних ефірів при заміщенні -OH у карбоксильній групі.

При нагріванні L-винної кислоти до 165 ° С у продукті переважають мезовинна і виноградна кислоти, в інтервалі 165-175 ° С – виноградна, понад 175 ° С – метавинна кислота, що є смолоподібною речовиною жовтуватого забарвлення.

Виноградна кислота при нагріванні до 130 ° С у суміші з соляною кислотою частково перетворюється на мезовинну.

Властивості солей

Серед характеристик солей винної кислоти можна виділити такі:

• Кисла калієва сіль KHC4H4O6 (гідротартрат калію, винний камінь): o погано розчинна у воді та спирті; o випадає в осад при тривалій витримці; o має вигляд безбарвних дрібних кристалів, форма яких може бути ромбічної, квадратної, шестикутної або прямокутної; o відносна щільність - 1,973.
• Виннокислий кальцій CaC4H4O6: o зовнішній вигляд – кристали ромбічної форми; o погано розчинний у воді.
• Середня калієва сіль K2C4H4∙0,5 H2O, кисла кальцієва сіль CaH2 (C4H4O6)2 – гарна розчинність у воді.

Синтез

Існує 2 види сировини для отримання винної кислоти:

• виннокисле вапно (продукт переробки вичавки, осадових дріжджів, відходів виробництва коньячного спирту з виноматеріалів);
• гідротартрат калію (утворюється у молодому вині при його охолодженні, а також при концентруванні виноградного соку).

Накопичення винної кислоти у винограді залежить від його сорту та кліматичних умов, у яких він вирощувався (у холодні роки її утворюється менше).

Виннокисле вапно спочатку очищають від домішок промиванням водою, фільтрацією, центрифугуванням. Гідроторат калію подрібнюють на кульових млинах або дробарках до розміру частинок 0,1-0,3 мм, а потім переробляють у вапно реакції обмінного осадження за допомогою хлориду і карбонату кальцію.

Отримання винної кислоти провадиться в реакторах. Спочатку в нього заливають воду після промивання гіпсового шламу, потім завантажують винний камінь із розрахунку 80-90 кг/м3. Цю масу нагрівають до 70-80 ° С, додають до неї хлористий кальцій та вапняне молоко. Розкладання винного каменю триває 3-3,5 години, після чого суспензію фільтрують і промивають.

З виннокислого вапна кислоту виділяють розкладанням H2SO4 в реакторі з кислототривкої сталі. Масу нагрівають до 85-90 °С. Надлишок кислоти в кінці процесу нейтралізують за допомогою крейди. Кислотність розчину при цьому має бути не більше 1,5. Потім розчин винної кислоти випарюють та кристалізують. Розчинений гіпс випадає в осад.

Області застосування

Застосування винної кислоти пов'язане переважно з харчовою промисловістю. Її вживання сприяє підвищенню апетиту, посиленню секреторної функції шлунка та підшлункової залози, покращенню травного процесу. Раніше винна кислота широко застосовувалася як підкислювач, але нині вона витіснена лимонною кислотою (зокрема у виноробстві під час переробки дуже стиглого винограду).

Діацетилвиннокислий ефір використовується для покращення якості хліба. Завдяки його застосуванню збільшується пористість та обсяг хлібного м'якішу, а також термін його зберігання.

Основні сфери застосування винної кислоти обумовлені її фізико-хімічними властивостями:

• підкислювач та регулятор кислотності;
• антиокислювач;
• консервант;
• каталізатор сольвеолізу водою в органічному синтезі та аналітичній хімії.

У харчовій промисловості речовину використовують як добавку Е334 в такі продукти харчування, як:

• кондитерські вироби, печиво;
• овочеві та фруктові консерви;
• желе та джеми;
• слабоалкогольних напоїв, лимонад.

Метавинна кислота застосовується як стабілізатор, добавки для запобігання помутнінню вина, шампанського та появи винного каменю.

Виноробство та пивоваріння

Винну кислоту додають у сусло, якщо її рівень нижче 0,65% для червоних вин та 0,7-0,8% для білих. Коригування проводять до початку бродіння. Спочатку це роблять на дослідному зразку, потім невеликими порціями додають речовину в сусло. Якщо винної кислоти надміру, то проводять холодну стабілізацію. Інакше кристали випадають в осад у пляшках із товарним вином.

Під час виробництва пива кислоту використовують для відмивання культурних дріжджів від диких. Зараження пива останніми є причиною його помутніння та шлюбу. Додавання навіть невеликої кількості винної кислоти (0,5-1,0%) знешкоджує ці мікроорганізми.

2. Підстави взаємодіють із кислотами з утворенням солі та води (реакція нейтралізації). Наприклад:

КОН + НС1 = КС1 + Н2О;

Fe(OH) 2 +2HNO 3 = Fe(NO 3) 2 + 2Н 2

3. Луги взаємодіють із кислотними оксидами з утворенням солі та води:

Са(ОН) 2 + СО 2 = СаСО 2 + Н 2 О.

4. Розчини лугів взаємодіють із розчинами солей, якщо в результаті утворюється нерозчинна основа або нерозчинна сіль. Наприклад:

2NaOH + CuSO 4 = Cu(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4 ;

(ОН) 2 + Na 2 SO 4 = 2NaOH + BaSO 4 ↓

5. Нерозчинні основи при нагріванні розкладаються на основний оксид та воду.

2Fе(ОН) 3 Fе 2 Про 3 + ДТ 2 Про.

6. Розчини лугів взаємодіють з металами, які утворюють амфотерні оксиди та гідроксиди (Zn, Al та ін.).

2AI + 2КОН + 6Н 2 О = 2K + 3H 2 .

Отримання підстав

Отримання розчинних основ:

а) взаємодією лужних та лужноземельних металів з водою:

2Na + 2Н 2 О = 2NaOH + Н 2;

б) взаємодією оксидів лужних та лужноземельних металів з водою:

Na 2 O + Н 2 О = 2NaOH.

2. Отримання нерозчинних основдією лугів на розчинні солі металів:

2NaOH + FeSO 4 = Fe(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4 .

Кислоти ‑ складні речовини, при дисоціації яких у воді, утворюються іони водню H+ та жодних інших катіонів.

Хімічні властивості

Загальні властивості кислот у водних розчинах обумовлені присутністю іонів Н + (вірніше H 3 O +), які утворюються внаслідок електролітичної дисоціації молекул кислот:

1. Кислоти однаково змінюють колір індикаторів (табл. 6).

2. Кислоти взаємодіють із основами.

Наприклад:

Н 3 РО 4 + 3NaOH=Na 3 PO 4 +ДТ 2 Про;

Н 3 РО 4 + 2NaOH = Na 2 HPO 4 + 2Н 2 Про;

Н 3 РО 4 + NaOH = NaH 2 PO 4 + Н 2 Про;

3. Кислоти взаємодіють з основними оксидами:

2НСl + СаО = СаС1 2 + Н 2 О;

H 2 SO 4 +Fe 2 O 3 = Fe 2 (SO 4) 3 + ДТ 2 О.

4. Кислоти взаємодіють із амфотерними оксидами:

2HNO3 + ZnO = Zn (NO3)2 + Н2О.

5. Кислоти взаємодіють з деякими середніми солями з утворенням нової солі та нової кислоти, реакції можливі в тому випадку, якщо в результаті утворюється нерозчинна сіль або слабкіша (або летюча) кислота, ніж вихідна. Наприклад:

2НС1+Na 2 CO 3 = 2NaCl+H 2 O +CO 2 ;

2NaCl + H 2 SO 4 = 2HCl + Na 2 SO 4 .

6. Кислоти взаємодіють із металами. Характер продуктів цих реакцій залежить від природи та концентрації кислоти та від активності металу. Наприклад, розведена сірчана кислота, хлороводнева кислота та інші кислоти-неокислювачі взаємодіють з металами, які знаходяться в ряді стандартних електродних потенціалів (див. розділ 7.) лівіше водню. В результаті реакції утворюються сіль та газоподібний водень:

H 2 SO 4 (розб) + Zn = ZnSO 4 + Н 2;

2НС1 + Mg = MgCl2 + H2.

Кислоти-окислювачі (концентрована сірчана кислота, азотна кислота HNO 3 будь-якої концентрації) взаємодіють і з металами, що стоять у ряді стандартних електродних потенціалів після водню з утворенням солі та продукту відновлення кислоти. Наприклад:

2H 2 SO 4 (конц) + Zn = ZnSO 4 +SO 2 + 2H 2 O;

Отримання кислот

1. Безкисневі кислоти отримують шляхом синтезу з простих речовин і подальшим розчиненням продукту у воді.

S + Н2 = Н2S.

2. Оксокислоти одержують взаємодією кислотних оксидів з водою.

SO 3 + Н 2 О = H 2 SО 4 .

3. Більшість кислот можна отримати взаємодією солей із кислотами.

Na 2 SiО 3 + H 2 SO 4 = H 2 SiО 3 + Na 2 SO 4 .

Амфотерні гідроксиди

1. У нейтральному середовищі (чиста вода) амфотерні гідроксиди практично не розчиняються та не дисоціюють на іони. Вони розчиняються в кислотах та лугах. Дисоціацію амфотерних гідроксидів у кислому та лужному середовищах можна виразити такими рівняннями:

Zn+OH - Zn(OH)H + + ZnO

А1 3+ + ЗОН - Al(OH) 3 H + + AlO+ H 2 O

2. Амфотерні гідроксиди взаємодіють як з кислотами, так і з лугами, утворюючи сіль та воду.

Взаємодія амфотерних гідроксидів із кислотами:

Zn(OH) 2 + 2НCl + ZnCl 2 + 2Н 2 Про;

Sn(OH) 2 + H 2 SO 4 = SnSO 4 + 2Н2О.

Взаємодія амфотерних гідроксидів із лугами:

Zn(OH) 2 + 2NaOH Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O;

Zn(OH) 2 + 2NaOH Na 2;

Pb(OH) 2 + 2NaOHNa 2 .

Солі – продукти заміщення атомів водню в молекулі кислоти на атоми металу або заміщення гідроксид-іону в молекулі основи кислотними залишками.

Загальні хімічні властивості солей

1. Солі у водних розчинах дисоціюють на іони:

а) середні солі дисоціюють на катіони металів та аніони кислотних залишків:

NaCN = Na + + СN -;

6) кислі солі дисоціюють на катіони металу та складні аніони:

KHSО 3 = К + + HSO 3 -;

в) основні солі дисоціюють на складні катіони та аніони кислотних залишків:

АlОН(СН 3 СОО) 2 =АlОН 2+ + 2СН 3 СОО - .

2. Солі взаємодіють з металами з утворенням нової солі та нового металу. Даний метал може витісняти з розчинів солей тільки ті метали, які знаходяться правіше за нього в електрохімічному ряду напруги:

CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Су.

Розчинні солі взаємодіють із лугами з утворенням нової солі та нової основи. Реакція можлива, якщо основа або сіль, що утворюється, випадають в осад.

Наприклад:

FeCl 3 +3КОН = Fe(OH) 3 ↓+3КС1;

До 2 СО 3 +Ba(OH) 2 = CO 3 ↓+ 2КОН.

4. Солі взаємодіють з кислотами з утворенням нової слабшої кислоти або нової нерозчинної солі:

Na 2 CO 3 + 2HC1 = 2NaCl + CO 2 + H 2 O.

При взаємодії солі з кислотою, що утворює цю сіль, виходить кисла сіль (це можливо в тому випадку, якщо сіль утворена багатоосновною кислотою).

Наприклад:

Na 2 S + H 2 S = 2NaHS;

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2 .

5. Солі можуть взаємодіяти між собою з утворенням нових солей, якщо одна із солей випадає в осад:

AgNO 3 + KC1 = AgCl ↓ + KNO 3 .

6. Багато солі розкладаються при нагріванні:

MgCO 3 MgO+ CO 2 ;

2NaNO 3 2NaNO 2 + O 2 .

7. Основні солі взаємодіють з кислотами з утворенням середніх солей та води:

Fe(OH) 2 NO 3 +HNO 3 = FeOH(NO 3) 2 +H 2 O;

FeOH(NO 3) 2 +HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + H 2 O.

8. Кислі солі взаємодіють із лугами з утворенням середніх солей та води:

NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O;

КН 2 РВ 4 + КОН = К 2 НРВ 4 + Н 2 О.

Одержання солей

Усі способи одержання солей ґрунтуються на хімічних властивостях найважливіших класів неорганічних сполук. Десять класичних способів отримання солей представлені у таблиці. 7.

Крім загальних способів отримання солей, можливі деякі приватні способи:

1. Взаємодія металів, оксиди та гідроксиди яких є амфотерними, з лугами.

2. Сплавлення солей із деякими кислотними оксидами.

K2CO3+SiO2K2SiO3+CO2.

3. Взаємодія лугів із галогенами:

2КОН +Сl 2 KCl +KClO + H 2 O.

4. Взаємодія галогенідів з галогенами:

2КВг + Cl2 = 2КС1 + Вг2.

Кислоти Кислотами називаються складні речовини, які з атомів водню, здатних заміщатися на метал, і кислотного залишку. Номенклатура кислот Розрізняють систематичні та традиційні назви кислот. Традиционные названия наиболее известных кислот и их солей приведены в таблице 1. Таблица 1. Название кислоты Формула Название солей Азотистая Азотная Метаалюминиевая Ортоборная Бромоводородная Ортокремниевая Метакремниевая Марганцовистая Марганцовая Родановодородная Серная Тиосерная Сернистая Сероводородная Муравьиная Синильная (циановодородная) Угольная Уксусная Ортофосфорная Метафосфорная Фтороводородная (плавиковая) Хромовая Двухромовая Хлороводородная (соляная) Хлорноватистая Хлористая Хлорноватая Хлорная HNO2 HNO3 HAlO2 H3BO3 HBr H4SiO4 H2SiO3 H2MnO4 HMnO4 HCNS H2SO4 H2S2O3 H2SO3 H2S HCOOH HCN H2CO3 CH3COOH H3PO4 HPO3 HF H2CrO4 H2Cr2O7 HCl HClO HClO2 HClO3 HClO4 Нитриты Нитраты Метаалюминаты Ортобораты Бромиды Ортосиликаты Метасиликаты Манганаты Перманганаты Роданиды Сульфаты Тиосульфаты Сульфиты Сульфиды Форміати Ціаніди Карбонати Ацетати Ортофосфати Метафосфати Фториди Хромати Дихромати Хлориди Гіпохлорити Хлорити Хлорати Перхлорати Систематичні назви кисневмісних до ілот будуються за таким правилом: у назві аніону спочатку вказують число атомів кисню, їх назву "оксо-", а потім кислотоутворюючого елемента з додаванням суфікса -ат незалежно від ступеня його окислення. Наприклад: 1 H2SO4 - тетраоксосульфат (VI) водню H2SO3 - триоксосульфат (IV) водню H3PO4 - тетраоксофосфат (V) водню При утворенні назв кислот, що містять у своєму складі два або більше атомів кислотоутворюючого елемента, використовують приставки, що позначають кількість атомів кислот: -, Три-, тетра-і т.д. Наприклад: H2S2O7 – дисерна кислота H2Cr2O7 – дихромова кислота H2B4O7 – тетраборна кислота Назви безкисневих кислот утворюють від назви кислотоутворюючого елемента, додаючи закінчення воднева. Наприклад: HCl – хлороводнева кислота H2S – сірководнева кислота Класифікація кислот Кислоти класифікують за низкою ознак. I. за складом За складом кислоти діляться на кисневмісні і безкисневі, а за кількістю атомів водню, що містяться в них, здатних заміщатися на метал, - на одноосновні, двоосновні і триосновні. Кислоти Безкисневі HF, HCl, HBr, HJ, H2S, HCN, HCNS та інші Кисневмісні H2SO4, H2SO3, HNO3, H3PO4, H2SiO3 та інші 2 II. Основністю кислот називається число атомів водню, здатних заміщатися на метал. Кислоти Одноосновні Двоосновні Триосновні HF, HBr, HJ, HNO2, HNO3, HAlO2, HCN та інші H2SO4, H2SO3, H2S, H2CO3 та інші H3PO4 III. по силі Кислоти Сильні НCl, HBr, HJ, H2SO4, HNO3, HMnO4, HClO4, HClO3, H2Cr2O7, H2S2O3 та інші Слабкі HF, HNO2, H2SO3, H2CO3, H2SiO3, H2S, H3BO3, HCN всі органічні кислоти Структурні формули кислот При складанні структурних формул безкисневих кислот слід враховувати, що у молекулах цих кислот атоми водню пов'язані з атомом неметалла: H – Cl. При складанні структурних формул кисневмісних кислот слід пам'ятати, що водень з центральним атомом пов'язаний за допомогою атомів кисню. Якщо, наприклад, потрібно скласти структурні формули сірчаної та ортофосфорної кислот, то надходять так: a) пишуть один під одним атоми водню цієї кислоти. Потім через атоми кисню рисами зв'язують їх з центральним атомом: b) до центрального атома (з урахуванням валентності) приєднують інші атоми кисню: Способи отримання кислот показані на схемі. Багато кислот, наприклад сірчана, азотна, соляна - це безбарвні рідини. Відомі також тверді кислоти: ортофосфорна H3PO4, метафосфорна HPO3. Майже всі кислоти розчиняються у воді. Приклад нерозчинної кислоти – кремнієва H2SiO3. 4 Розчини кислот мають кислий смак. Так, наприклад, багатьом плодам надають кислий смак кислоти, що містяться в них. Звідси і назва кислот: яблучна, лимонна тощо. Хімічні властивості В узагальненому вигляді хімічні властивості кислот розглянуті у таблиці 2. У таблиці наведено рівняння реакцій, які стосуються реакцій обміну. Слід врахувати, що реакції обміну в розчинах протікають до кінця наступних трьох випадках: 1. якщо в результаті реакції утворюється вода, наприклад реакції нейтралізації; 2. якщо один із продуктів реакції – летюча речовина, наприклад, сірчана кислота витісняє із солей хлороводневу кислоту, тому що вона більш летюча; 3. якщо один із продуктів реакції випадає в осад, наприклад, реакції отримання нерозчинних підстав. Таблиця 2. Речовини, з якими реагують кислоти 1. З індикаторами 2. З металами. Якщо метал перебуває у ряду активності металів лівіше водню, виділяється водень і утворюється сіль. Виняток HNO3 та конц.H2SO4 3. З основними оксидами. Утворюється сіль та вода 4. З основами – реакція нейтралізації. Утворюється сіль та вода 5. Із солями. Відповідно до ряду кислот (кожна попередня кислота може витіснити з солі наступну: Приклади Лакмус стає червоним Метиловий помаранчевий стає рожевим Фенолфталіновий стає безбарвним Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 t CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O основа + кислота HCl → NaCl + H2O Na2CO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2 t ZnCl2 (кр) + H2SO4 (кінець) → ZnSO4 + 2HCl HNO3 H2SO4, HCl, H2SO3, H2CO3, H2S, H2SiO3 * H3PO4 t 6. При нагріванні деякі H2SiO3 → H2O + SiO2 кислоти розкладаються. Як правило, утворюються кислотний оксид та вода * Цей ряд умовний. Однак у більшості випадків реакції між кислотами та солями протікають згідно з цим рядом. 5 Запитання та завдання 1. Які речовини називаються кислотами? 2. Складіть структурні формули таких кислот: а) вугільної; б) бромоводневий; в) сірчистою; г) хлорної HClO4 3. Якими способами одержують кислоти? 4. Якими двома способами можна отримати: а) ортофосфорну кислоту; б) сірководневу кислоту? Напишіть рівняння відповідних реакцій. 5. Накресліть наведену нижче таблицю. У відповідних графах запишіть по три рівняння реакцій, у яких беруть участь та утворюються кислоти. Реакції розкладання сполуки заміщення обміну 6. Наведіть три приклади рівняння хімічних реакцій, що характеризують хімічні властивості кислот. Зауважте, якого типу реакцій вони ставляться. 7. Які з речовин, формули яких наведені, реагують із соляною кислотою: а) CuO; б) Cu; в) Cu(OH)2; г) Ag; д) Al(OH)3? Напишіть рівняння реакцій, які можна здійснити. 8. Дані схеми: Напишіть рівняння реакцій, які можна здійснити. 9. Які кислоти можуть бути одержані при взаємодії оксидів P2O5, Cl2O, SO2, N2O3, SO3 з водою? 10. Напишіть формули та назви кислот, що відповідають наступним кислотним оксидам: CO2, P2O5, Mn2O7, CrO3, SiO2, V2O5, Cl2O7. 6