Кислоты

Формула кислоты

Традиционное

название

Тривиальное название

Название соли

H

3

AsO

4

Мышьяковая

Арсенаты

H

3

ВO

3

Борная

Бораты

Н

2

СО

3

(CO

2

•H

2

O)

Угольная

Карбонаты

НCN

Циановодородная

Синильная

Цианиды

Н

2

CrO

4

Хромовая

Хроматы

НМnO

4

Марганцовая

Перманганаты

HNO

3

Азотная

Нитраты

HNO

2

Азотистая

Нитриты

Н

3

РО

4

Ортофосфорная

Фосфорная

Ортофосфаты

H

2

SO

4

Серная

Сульфаты

Н

2

SiO

3

(SiO

2

•H

2

О)

Метакремниевая

Кремниевая

Метасиликаты

H

4

SiO

4

(SiO

2

•2H

2

O)

Ортокремниевая

Ортосиликаты

H

2

S

Сероводородная

Сульфиды

HF

Фтороводородная

Плавиковая

Фториды

НCl

Хлороводородная

Соляная

Хлориды

НВr

Бромоводородная

Бромиды

HI

Иодоводородная

Иодиды

H

2

SO

3

Сернистая

сульфиты

H

2

SiO

3

кремниевая

силикаты

HClO

Хлорноватистая

гипохлорит

HClO

2

хлористая

хлорит

HClO

3

хлорноватая

хлорат

HClO

4

Хлорная

перхлорат

Задания по кислотам

1.Составьте уравнения реакций с участием кислот:

CuO + HCl = …

Fe + H

2

SO

4

= …

Na

2

O + H

3

PO

4

= …

Fe

2

O

3

+ HNO

3

= …

MgO + H

3

PO

4

= …

Укажите типы реакций.

2.

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие

превращения

CuO → CuSO

4

→ Cu → CuO → Cu(NO

3

)

2

3.

С какими из перечисленных ниже металлов будет взаимодействовать соляная кислота:

а) алюминий; б) серебро; в) олово; г) ртуть?

4. Составьте уравнения реакций между серной кислотой и следующими веществами: а)

магнием; б) оксидом магния; в) оксидом алюминия; г) оксидом калия; д) цинком.

5. Даны вещества: углекислый газ, гидроксид натрия, соляная кислота, оксид магния.

Напишите уравнения возможных реакций между данными веществами, взятыми попарно.

6. В реакции между оксидом железа(III) и азотной кислотой получен нитрат железа(III)

массой 60,5 г. Рассчитайте массу и химическое количество вещества оксида, вступившего в

реакцию.

Серная кислота

Серная кислота H

2

SO

4

– это сильная кислота, двухосновная, прочная и

нелетучая. При обычных условиях серная кислота – тяжелая маслянистая

жидкость, хорошо растворимая в воде.

По правилам безопасности в лаборатории при смешивании серной кислоты и

воды мы добавляем серную кислоту в воду небольшими порциями при

постоянном перемешивании.

Валентность серы в серной кислоте равна VI.

Способы получения

Серную кислоту в промышленности производят из серы, сульфидов металлов,

сероводорода и др. Один из вариантов — производство серной кислоты из пирита

FeS

2

.

Химические свойства

Серная кислота – это сильная двухосновная кислота.

1. Серная кислота практически полностью диссоциирует в разбавленном в

растворе по первой ступени:

H

2

SO

4

⇄ H

+

+ HSO

4

–

По второй ступени серная кислота диссоциирует частично, ведет себя, как

кислота средней силы:

HSO

4

–

⇄ H

+

+ SO

4

2–

2. Серная

кислота

реагирует

с основными

оксидами,

основаниями,

амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.

Например, серная кислота взаимодействует с оксидом магния:

H

2

SO

4

+ MgO → MgSO

4

+ H

2

O

Еще пример:

при

взаимодействии

серной

кислоты

с гидроксидом

калия образуются сульфаты или гидросульфаты:

H

2

SO

4

+ КОН → KHSО

4

+ H

2

O

H

2

SO

4

+ 2КОН → К

2

SО

4

+ 2H

2

O

Серная кислота взаимодействует с амфотерным гидроксидом алюминия:

3H

2

SO

4

+ 2Al(OH)

3

→ Al

2

(SO

4

)

3

+ 6H

2

O

3. Серная кислота вытесняет более слабые из солей в растворе (карбонаты,

сульфиды и др.). Также серная кислота вытесняет летучие кислоты из их солей

(кроме солей HBr и HI).

Например, серная кислота взаимодействует с гидрокарбонатом натрия:

Н

2

SO

4

+ 2NaHCO

3

→ Na

2

SO

4

+ CO

2

+ H

2

O

Или с силикатом натрия:

H

2

SO

4

+ Na

2

SiO

3

→ Na

2

SO

4

+ H

2

SiO

3

Концентрированная серная кислота реагирует с твердым нитратом натрия. При

этом менее летучая серная кислота вытесняет азотную кислоту:

NaNO

3

(тв.)

+ H

2

SO

4

→ NaHSO

4

+ HNO

3

Аналогично – концентрированная серная кислота вытесняет хлороводород из

твердых хлоридов, например, хлорида натрия:

NaCl

(тв.)

+ H

2

SO

4

→ NaHSO

4

+ HCl

4. Также серная кислота вступает в обменные реакции с солями.

Например, серная кислота взаимодействует с хлоридом бария:

H

2

SO

4

+ BaCl

2

→ BaSO

4

+ 2HCl

5. Разбавленная серная

кислота

взаимодействует

с металлами, которые

расположены

в

ряду

активности

металлов

до

водорода.

При

этом

образуются соль и водород.

Например, серная кислота реагирует с железом. При этом образуется сульфат

железа (II):

H

2

SO

4(разб.)

+ Fe → FeSO

4

+ H

2

Серная кислота взаимодействует с аммиаком с образованием солей аммония:

H

2

SO

4

+ NH

3

→ NH

4

HSO

4

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. При этом

она обычно восстанавливается до сернистого газа SO

2

. С активными металлами

может восстанавливаться до серы S, или сероводорода Н

2

S.

Железо Fe, алюминий Al, хром Cr пассивируются концентрированной серной

кислотой на холоде. При нагревании реакция возможна.

6H

2

SO

4(конц.)

+ 2Fe → Fe

2

(SO

4

)

3

+ 3SO

2

+ 6H

2

O

6H

2

SO

4(конц.)

+ 2Al → Al

2

(SO

4

)

3

+ 3SO

2

+ 6H

2

O

При взаимодействии с неактивными металлами концентрированная серная

кислота восстанавливается до сернистого газа:

2H

2

SO

4(конц.)

+ Cu → CuSO

4

+ SO

2

↑ + 2H

2

O

2H

2

SO

4(конц.)

+ Hg → HgSO

4

+ SO

2

↑ + 2H

2

O

2H

2

SO

4(конц.)

+ 2Ag → Ag

2

SO

4

+ SO

2

↑+ 2H

2

O

При

взаимодействии

с щелочноземельными

металлами

и

магнием концентрированная серная кислота восстанавливается до серы:

3Mg + 4H

2

SO

4

→ 3MgSO

4

+ S + 4H

2

O

При взаимодействии с щелочными металлами и цинком концентрированная

серная кислота восстанавливается до сероводорода:

5H

2

SO

4(конц.)

+ 4Zn → 4ZnSO

4

+ H

2

S↑ + 4H

2

O

6. Качественная реакция на сульфат-ионы – взаимодействие с растворимыми

солями бария. При этом образуется белый кристаллический осадок сульфата

бария:

BaCl

2

+ Na

2

SO

4

→ BaSO

4

↓ + 2NaCl

7. Окислительные свойства концентрированной серной кислоты проявляются и

при взаимодействии с неметаллами.

Например, концентрированная серная кислота окисляет фосфор, углерод,

серу. При этом серная кислота восстанавливается до оксида серы (IV):

5H

2

SO

4(конц.)

+ 2P → 2H

3

PO

4

+ 5SO

2

↑ + 2H

2

O

2H

2

SO

4(конц.)

+ С → СО

2

↑ + 2SO

2

↑ + 2H

2

O

2H

2

SO

4(конц.)

+ S → 3SO

2

↑ + 2H

2

O

Уже при комнатной температуре концентрированная серная кислота

окисляет галогеноводороды и сероводород:

3H

2

SO

4(конц.)

+ 2KBr → Br

2

↓ + SO

2

↑ + 2KHSO

4

+ 2H

2

O

5H

2

SO

4(конц.)

+ 8KI → 4I

2

↓ + H

2

S↑ + K

2

SO

4

+ 4H

2

O

H

2

SO

4(конц.)

+ 3H

2

S → 4S↓ + 4H

2

O

Соляная кислота

Соляная кислота не имеет окраски, является прозрачной и едкой жидкостью, которая

обладает способностью «дымить» в воздушной среде. В концентрации около 0,5 % соляная

кислота содержится в желудке человека. Молярная масса хлороводорода составляет 36,46

г/моль. Соляная кислота является сильной кислотой: pKa = -7,1. Концентрированная

соляная кислота содержит примерно 37 мас. % HCl.

Способы получения, техника безопасности

Получить соляную кислоту можно с помощью растворения газообразного хлороводорода в

воде. Хлороводород синтезируют путем взаимодействия водорода с хлором. Кислота,

которую получают данным методом, называется синтетической. Другим способом синтеза

соляной кислоты является получение соединения из абгазов, которые представляют собой

побочные газы, сформированные в разных химических процессах, к примеру, при

хлорировании углеводородов. Хлороводород, входящий в состав этих газов, называют

абгазным. Полученная рассмотренным методом кислота носит название «абгазная». В

последние десятилетия доля абгазной соляной кислоты в объеме производства постепенно

увеличивается, вытесняя кислоту, полученную сжиганием водорода в хлоре. С другой

стороны, в соляной кислоте, полученной по традиционной технологии в реакции водорода с

хлором, содержится меньшее количество примесей. Такую кислоту используют при

необходимости высокой чистоты.

Получение хлороводорода в промышленности путем реакции горения водорода в хлоре:

В лабораторных условиях применяют метод получения соляной кислоты, который был

разработан еще алхимиками. Он основан на действии концентрированной серной кислоты

на поваренную соль:

Нагрев до температуры более 550 °C и наличие избытка поваренной соли являются

условиями для протекания химической реакции по уравнению:

Получение соляной кислоты с помощью гидролиза хлоридов магния, алюминия

(нагревается гидратированная соль) можно записать с помощью уравнений реакций:

Перечисленные реакции не всегда протекают до конца и сопровождаются образованием

основных хлоридов (оксихлоридов) переменного состава, к примеру:

Хлороводород отличается хорошей растворимостью в воде. Например, при 0 °C 1 объем

воды способен поглотить 507 объемов HCl. В результате получают концентрированную 45

% кислоту. Следует отметить, что в условиях комнатной температуры характеристика

растворимости HCl меньше, поэтому на практике обычно используют 36% соляную кислоту.

Соляную кислоту относят к веществам III класса опасности, согласно ГОСТ 12.1.007-76.

Рекомендуемая ПДК в рабочей зоне составляет 5 мг/м3. Высококонцентрированная соляная

кислота является едким веществом. При контакте соляной кислоты с кожей возникают

сильные химические ожоги. С целью нейтрализации ожогов место поражения промывают

большим количеством воды, затем обрабатывают 5% раствором соды (она нейтрализует

кислоту). Максимально опасно попадание данного вещества в глаза (в значительном

количестве).

В процессе открывания резервуаров с концентрированной соляной кислотой можно

наблюдать выделение паров хлороводорода, которые, притягивая влагу из воздуха,

образуют туман. Газообразное вещество способно раздражать глаза и дыхательные пути

человека. Во время реакции с сильными окислителями в виде хлорной извести, диоксида

марганца, перманганата калия соляная кислота образует хлор в газообразном состоянии с

высокой степенью токсичности. На территории Российской Федерации ограничен оборот

соляной кислоты концентрации 15 % и выше.

Применение соляной кислоты

Соляная кислота представляет собой одну из наиболее ценных кислот в химии. Ежегодно в

мире производят миллионы тонн данного соединения. Соли соляной кислоты активно

применяют в разных сферах хозяйственной деятельности. Краткий список областей

использования соляной кислоты:



гидрометаллургия;



гальванопластика;



травление, декапирование и лужение металлических поверхностей;



пищевое производство (соляная кислота играет роль регулятора кислотности и

является добавкой Е507);



медицина (вещество в смеси с ферментом пепсином характеризуется лечебным

эффектом и применяется в качестве лекарственного препарата при недостаточной

кислотности желудка).

Желудок человека каждый день обновляет свою поверхность взамен пострадавшей от

желудочного сока, в котором содержится соляная кислота. Соляная кислота обеспечивает

переваривание пищи в желудке и устраняет разнообразные болезнетворные бактерии.

Желудочный сок человека является достаточно агрессивным составом. К примеру,

жидкость полностью растворяет бритвенное лезвие в течение недели. Данное свойство

желудочного сока объясняется как раз наличием в составе соляной кислоты.

Химические свойства

1.

Реакция соляной кислоты с металлами, которые расположены в ряду

электрохимических потенциалов до водорода, приводит к образованию соли и

выделению водорода в газообразном состоянии.

2.

Соляная кислота взаимодействует с оксидами металлов, что сопровождается

образованием растворимой соли и воды.

3.

Соляная кислота взаимодействует с гидроксидами металлов. В результате

образуется растворимая соль и вода, то есть протекает реакция нейтрализации.

4.

Соляная кислота взаимодействует с солями более слабых кислот, к примеру,

угольной.

5.

Реакция соляной кислоты с сильными окислителями, в том числе, перманганатом

калия, диоксидом марганца, приводит к выделению хлора в газообразном

состоянии.

6.

Соляная кислота вступает в химическую реакцию с аммиаком. В результате

образуется густой белый дым, который состоит из микроскопических кристаллов

хлорида аммония.

7.

Качественная реакция на соляную кислоту и ее соли представляет собой

взаимодействие с нитратом серебра. В результате образуется белый творожистый

осадок хлорида серебра, который не растворяется в азотной кислоте.

Кислоты. Химические свойства и

способы получения

Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:

Классификация неорганических веществ

Кислоты – сложные

вещества,

которые при

взаимодействии

с

водой

образуют в

качестве катионов только ионы Н

+

(или Н

3

О

+

).

По растворимости в воде кислоты можно поделить на растворимые и нерастворимые.

Некоторые кислоты самопроизвольно разлагаются и в водном растворе практически не

существуют (неустойчивые).

Подробно

про

классификацию

кислот

можно

прочитать здесь.

Получение кислот

1. Взаимодействие кислотных оксидов с водой. При этом с водой реагируют при

обычных условиях только те оксиды, которым соответствует кислородсодержащая

растворимая кислота.

кислотный оксид + вода = кислота

Например, оксид серы (VI) реагирует с водой с образованием серной кислоты:

SO

3

+ H

2

O → H

2

SO

4

При этом оксид кремния (IV) с водой не реагирует:

SiO

2

+ H

2

O ≠

2. Взаимодействие неметаллов

с

водородом. Таким

образом

получают

только бескислородные кислоты.

Неметалл + водород = бескислородная кислота

Например, хлор реагирует с водородом:

H

2

0

+ Cl

2

0

→ 2H

+

Cl

—

3. Электролиз растворов солей. Как правило, для получения кислот электролизу

подвергают растворы солей, образованных кислотным остатком кислородсодержащих

кислот. Более подробно этот вопрос рассмотрен в статье Электролиз.

Например, электролиз раствора сульфата меди (II):

2CuSO

4

+ 2H

2

O → 2Cu + 2H

2

SO

4

+ O

2

4. Кислоты образуются при взаимодействии других кислот с солями. При этом более

сильная кислота вытесняет менее сильную.

Например: карбонат кальция CaCO

3

(нерастворимая соль угольной кислоты) может

реагировать с более сильной серной кислотой.

CaCO

3

+ H

2

SO

4

→ CaSO

4

+ H

2

O + CO

2

5. Кислоты можно получить окислением оксидов, других кислот и неметаллов в водном

растворе кислородом или другими окислителями.

Например, концентрированная азотная кислота окисляет фосфор до фосфорной кислоты:

P + 5HNO

3

→ H

3

PO

4

+ 5NO

2

+ H

2

O

Химические свойства кислот

1. В водных растворах кислоты диссоциируют на катионы водорода Н

+

и анионы

кислотных остатков. При этом сильные кислоты диссоциируют почти полностью, а

слабые кислоты диссоциируют частично.

Например, соляная кислота диссоциирует почти полностью:

HCl → H

+

+ Cl

–

Если говорить точнее, происходит протолиз воды, и в растворе образуются ионы

гидроксония:

HCl + H

2

O → H

3

O

+

+ Cl

–

Многоосновные кислоты диссоциируют cтупенчато.

Например, сернистая кислота диссоциирует в две ступени:

H

2

SO

3

↔ H

+

+ HSO

3

–

HSO

3

–

↔ H

+

+ SO

3

2–

2. Кислоты

изменяют

окраску индикатора. Водный

раствор

кислот

окрашивает лакмус в красный цвет, метилоранж в красный цвет. Фенолфталеин не

изменяет окраску в присутствии кислот.

3. Кислоты реагируют с основаниями и основными оксидами.

С нерастворимыми основаниями и соответствующими им оксидами взаимодействуют

только растворимые кислоты.

нерастворимое основание + растворимая кислота = соль + вода

основный оксид + растворимая кислота = соль + вода

Например, гидроксид меди (II) взаимодействует с растворимой бромоводородной

кислотой:

Cu(OH)

2

+ 2HBr → CuBr

2

+ 2H

2

O

При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с нерастворимой кремниевой кислотой.

Cu(OH)

2

+ H

2

SiO

3

≠

С сильными основаниями (щелочами) и соответствующими им оксидами реагируют

любые кислотами.

Щёлочи взаимодействуют с любыми кислотами — и сильными, и слабыми. При

этом

образуются

средняя

соль

и

вода.

Эти

реакции

называются реакциями

нейтрализации. Возможно и образование кислой соли, если кислота многоосновная,

при определенном соотношении реагентов, либо в избытке кислоты. В избытке

щёлочи образуется средняя соль и вода:

щёлочь

(избыток)

+ кислота = средняя соль + вода

щёлочь + многоосновная кислота

(избыток)

= кислая соль + вода

Например, гидроксид натрия при взаимодействии с трёхосновной фосфорной кислотой

может образовывать 3 типа солей: дигидрофосфаты, фосфаты или гидрофосфаты.

При этом дигидрофосфаты образуются в избытке кислоты, либо при мольном

соотношении (соотношении количеств веществ) реагентов 1:1.

NaOH + H

3

PO

4

→ NaH

2

PO

4

+ H

2

O

При мольном соотношении количества щелочи и кислоты 1:2 образуются гидрофосфаты:

2NaOH + H

3

PO

4

→ Na

2

HPO

4

+ 2H

2

O

В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1

образуется фосфат щелочного металла.

3NaOH + H

3

PO

4

→ Na

3

PO

4

+ 3H

2

O

4. Растворимые кислоты взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.

Растворимая кислота + амфотерный оксид = соль + вода

Растворимая кислота + амфотерный гидроксид = соль + вода

Например, уксусная кислота взаимодействует с гидроксидом алюминия:

3CH

3

COOH + Al(OH)

3

→ (CH

3

COO)

3

Al + 3H

2

O

5. Некоторые

кислоты

являются сильными

восстановителями. Восстановителями

являются кислоты, образованные неметаллами в минимальной или промежуточной

степени окисления, которые могут повысить свою степень окисления (йодоводород HI,

сернистая кислота H

2

SO

3

и др.).

Например, йодоводород можно окислить хлоридом меди (II):

4HI

—

+ 2Cu

+2

Cl

2

→ 4HCl + 2Cu

+

I + I

2

0

6. Кислоты взаимодействуют с солями.

Кислоты реагируют с растворимыми солями только при условии, что в продуктах

реакции присутствует газ, вода, осадок или другой слабый электролит. Такие реакции

протекают по механизму ионного обмена.

Кислота

1

+ растворимая соль

1

= соль

2

+ кислота

2

/оксид + вода

Например, соляная кислота взаимодействует с нитратом серебра в растворе:

Ag

+

NO

3

—

+ H

+

Cl

—

→ Ag

+

Cl

—

↓ + H

+

NO

3

—

Кислоты реагируют и с нерастворимыми солями. При этом более сильные кислоты

вытесняют менее сильные кислоты из солей.

Например, карбонат кальция (соль угольной кислоты), реагирует с соляной кислотой

(более сильной, чем угольная):

CaCO

3

+ 2HCl → CaCl

2

+ H

2

O + CO

2

7. Кислоты взаимодействуют с кислыми и основными солями. При этом более

сильные кислоты вытесняют менее сильные из кислых солей. Либо кислые соли

реагируют с кислотами с образованием более кислых солей.

кислая соль

1

+ кислота

1

= средняя соль

2

+ кислота

2

/оксид + вода

Например, гидрокарбонат калия реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида

калия, углекислого газа и воды:

KHCO

3

+ HCl → KCl + CO

2

+ H

2

O

Ещё пример: гидрофосфат калия взаимодействует с фосфорной кислотой с образованием

дигидрофосфата калия:

H

3

PO

4

+ K

2

HPO

4

→ 2KH

2

PO

4

При взаимодействии основных солей с кислотами образуются средние соли. Более

сильные кислоты также вытесняют менее сильные из солей.

Например, гидроксокарбонат меди (II) растворяется в серной кислоте:

2H

2

SO

4

+ (CuOH)

2

CO

3

→ 2CuSO

4

+ 3H

2

O + CO

2

Основные соли могут взаимодействовать с собственными кислотами. При этом

вытеснения кислоты из соли не происходит, а просто образуются более средние соли.

Например, гидроксохлорид алюминия взаимодействует с соляной кислотой:

Al(OH)Cl

2

+ HCl → AlCl

3

+ H

2

O

8. Кислоты взаимодействуют с металлами.

При этом протекает окислительно-восстановительная реакция. Однако минеральные

кислоты и кислоты-окислители взаимодействуют по-разному.

К минеральным кислотам относятся соляная кислота HCl, разбавленная серная кислота

H

2

SO

4

, фосфорная кислота H

3

PO

4

, плавиковая кислота HF, бромоводородная HBr и

йодоводородная кислоты HI и др.

Такие кислоты взаимодействуют только с металлами, расположенными в ряду

активности до водорода:

При взаимодействии минеральных кислот с металлами образуются соль и водород:

минеральная кислота + металл = соль + H

2

↑

Например, железо взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида железа

(II):

Fe + 2H

+

Cl → Fe

+2

Cl

2

+ H

2

0

Кислоты-окислители (азотная кислота HNO

3

любой концентрации и серная

концентрированная кислота H

2

SO

4(конц)

) при взаимодействии с металлами водород не

образуют, т.к. окислителем выступает не водород, а азот или сера. Продукты

восстановления азотной или серной кислот бывают различными. Определять их лучше по

специальным правилам. Эти правила подробно разобраны в статье Окислительно-

восстановительные реакции. Я настоятельно рекомендую выучить их наизусть.

9. Некоторые кислоты разлагаются при нагревании.

Угольная H

2

CO

3

, сернистая H

2

SO

3

и азотистая HNO

2

кислоты разлагаются

самопроизвольно, без нагревания:

H

2

CO

3

→ H

2

O + CO

2

H

2

SO

3

→ H

2

O + SO

2

2HNO

2

→ NO + H

2

O + NO

2

Кремниевая H

2

SiO

3

, йодоводородная HI кислоты разлагаются при нагревании:

H

2

SiO

3

→ H

2

O + SiO

2

2HI → H

2

+ I

2

Азотная кислота HNO

3

разлагается при нагревании или на свету:

4HNO

3

→ O

2

+ 2H

2

O + 4NO

2