Какой ион определяет свойства кислот

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 Н3О+).

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.

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:

SO3  +  H2O  →  H2SO4

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

SiO2  +  H2O ≠

2. Взаимодействие неметаллов с водородом. Таким образом получают только бескислородные кислоты.

Неметалл + водород = бескислородная кислота

Например, хлор реагирует с водородом:

H20 + Cl20 → 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):

2CuSO4 + 2H2O  →  2Cu + 2H2SO4  +  O2

4. Кислоты образуются при взаимодействии других кислот с солями. При этом более сильная кислота вытесняет менее сильную.

Например: карбонат кальция CaCO3  (нерастворимая соль угольной кислоты) может реагировать с более сильной серной кислотой.

CaCO3 + H2SO4  →  CaSO4 + H2O + CO2

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  + 5HNO3  →  H3PO4  + 5NO2  + H2O

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  + H2O  →  H3O+  +  Cl–

Многоосновные кислоты диссоциируют cтупенчато.

Например, сернистая кислота диссоциирует в две ступени:

H2SO3  ↔ H+ + HSO3–

HSO3– ↔ H+ + SO32–

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  →  CuBr2 + 2H2O

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

Cu(OH)2 + H2SiO3 ≠

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  +  H3PO4  →   NaH2PO4 + H2O

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

2NaOH  +  H3PO4  →  Na2HPO4 + 2H2O

В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 образуется фосфат щелочного металла.

3NaOH  +  H3PO4  →  Na3PO4 + 3H2O

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:

3CH3COOH + Al(OH)3  →  (CH3COO)3Al + 3H2O

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 H2SO3  и др.).

Например, йодоводород можно окислить хлоридом меди (II):

4HI— + 2Cu+2 Cl2 → 4HCl  +  2Cu+I + I20

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.

Кислота1 + растворимая соль1 = соль2 + кислота2/оксид + вода

Например, соляная кислота взаимодействует с нитратом серебра в растворе:

Ag+NO3— + H+Cl— → Ag+Cl—↓ + H+NO3—

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):

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O  + CO2

5. 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 соль1 + кислота1 = средняя соль2 + кислота2/оксид + вода

Например, гидрокарбонат калия реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида калия, углекислого газа и воды:

KHCO3 + HCl →  KCl  +  CO2 + H2O

Ещё пример: гидрофосфат калия взаимодействует с фосфорной кислотой с образованием дигидрофосфата калия:

H3PO4 +  K2HPO4  →  2KH2PO4 

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:

2H2SO4 +  (CuOH)2CO3  →  2CuSO4  + 3H2O  +  CO2

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)Cl2 +  HCl  →  AlCl3  + H2O 

6. 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 H2SO4, фосфорная кислота H3PO4, плавиковая кислота HF, бромоводородная HBr и йодоводородная кислоты HI.

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 + H2↑

Например, железо взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида железа (II):

Fe + 2H+Cl  →  Fe+2Cl2 + H20

Сероводородная кислота H2S, угольная H2CO3, сернистая H2SO3 и кремниевая H2SiO3 с металлами не взаимодействуют.

Кислоты-окислители (азотная кислота HNO3 любой концентрации и серная концентрированная кислота H2SO4(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.

7. Некоторые кислоты разлагаются при нагревании.

Угольная H2CO3, сернистая H2SO3 и азотистая HNO2 кислоты разлагаются самопроизвольно, без нагревания:

H2CO3  →   H2O + CO2

H2SO3  →   H2O + SO2

2HNO2  →  NO + H2O + NO2

Кремниевая H2SiO3, йодоводородная HI кислоты разлагаются при нагревании:

H2SiO3  →   H2O + SiO2

2HI  →   H2  +  I2

Азотная кислота HNO3 разлагается при нагревании или на свету:

4HNO3  →  O2 + 2H2O + 4NO2

Кислотами называют химические соединения, в состав которых входят атомы водорода и кислотные остатки. Молекула кислоты может содержать один или несколько атомов водорода, которые способны замещаться на атомы металлов при взаимодействии с ними.

Важно

Кислотный остаток – это часть молекулы кислоты, в которой отсутствует водород.

Так, молекула серной кислоты H2SO4, как видно из ее формулы, содержит 2 атома водорода и кислотный остаток SO4.

С точки зрения теории электролитической диссоциации кислоты (или кислотные гидроксиды) – это сложные вещества, которые обладают свойством подвергаться диссоциации в растворах, в результате которой образуются ионы водорода.

Перейдем к рассмотрению свойств кислот.

Физические свойства кислот

По физическим свойствам разные кислоты сильно отличаются друг от друга. В нормальных условиях они могут находиться в трех состояниях: твердом, жидком или газообразном. К примеру, HNO3 (азотная кислота) и H2SO4 (серная кислота) представляют собой не имеющие цвета прозрачные жидкости, H3BO3 (борная кислота) и HPO3 (метафосфорная кислота) – твердые вещества, а H2S (сероводород) – газ, раствор которого обладает характерными свойствами слабой кислоты. Соляная кислота (HCl), если она не растворена, также находится в газообразном состоянии и известна как газ хлороводород.

Приведем пример одного из самых интересных опытов с кислотами, демонстрирующий последовательный переход бензойной кислоты (C6H5СООН) из одного агрегатного состояния в другое. Возьмем химический стакан на 500 мл, насыпем в него 5 г бензойной кислоты и положим небольшую сосновую или еловую ветку. Закроем его фарфоровой чашкой, наполненной холодной водой, и начнем нагревать на спиртовке. Кислота, расплавившись, перейдет в жидкое состояние, жидкость эта начнет испаряться, а пары, соприкасаясь с холодной чашкой, превратятся в белые кристаллы. Ветка покроется хлопьями «снега» из бензойной кислоты. Также для проведения опыта вместо бензойной кислоты можно использовать нафталин.

Почти все кислоты растворяются в воде, хотя степень их растворимости варьируется в широких пределах. Существуют и практически нерастворимые кислоты, например, H2SiO3 (кремниевая кислота).

Одни кислоты имеют цвет и запах, у других же их нет. Например, серная кислота ни цветом, ни запахом не обладает.
Сероводород тоже бесцветен, но отличается отвратительным запахом тухлых яиц. В больших концентрациях сероводород смертельно ядовит, а в незначительных количествах он безвреден. Главная его опасность заключается в том, что при высокой концентрации его запах перестает ощущаться. В природе он образуется в процессе вулканической деятельности и при разложении органических остатков растительного и животного происхождения (так, именно его наличием в значительной степени объясняется неприятный запах на болотах). С другой стороны, небольшая концентрация сероводородной кислоты присутствует в минеральных источниках, известных своими целебными свойствами.

Специфический резкий запах, который невозможно ни с чем спутать, имеет уксусная кислота (CH3COOH).

Синильная кислота (HCN) отличается характерным запахом, очень похожим на аромат горького миндаля.

Сернистая кислота (H2SO3) обладает запахом, напоминающим только что зажженную спичку.

Концентрированный раствор азотной кислоты (HNO3) окрашен в бурый цвет, а азотистой кислоты (HNO2) – в голубоватый.

Кислоты в растворенном виде имеют кислый вкус.

Внимание

Чтобы не получить тяжелый химический ожог или отравление, пробовать большинство кислот строго запрещено!

Это не относится к фруктовым кислотам. Они значительно влияют на вкусовые качества плодов и фруктов. Существуют фруктовые кислоты, которые получили свое название от плодов, в составе которых они содержатся: например, лимонная (HOOC-CH2-C(OH)COOH-CH2-COOH) или яблочная кислота (НООС-СН2СН(ОН)-СООН).

Химические свойства кислот

Кислоты обладают рядом общих химическх свойств. Опишем их подробнее.
Под действием кислот изменяется окраска индикаторов. Примеры изменения цвета вы можете увидеть в таблице:

Опыт

Возьмем стеклянную емкость с толстыми стенами (тонкостенный сосуд может лопнуть) объемом не менее 1 л, заполним ее хлороводородом и плотно закроем пробкой со вставленной в нее стеклянной трубкой. Конец трубки, находящийся внутри сосуда, должен быть несколько оттянут, а на противоположный конец следует надеть резиновую трубку с зажимом. Затем перевернем емкость вверх дном, конец трубки опустим в бутыль (примерно до половины), заполненную водой, которая подкрашена лакмусом, после чего уберем зажим. В склянке с хлороводородом возникнет разреженное пространство, вода начнет резко врываться в сосуд и из трубки забьет фонтан. Окраска воды при этом изменится на красную.

Кислоты взаимодействуют с металлами, которые в ряду активности расположены перед H2 (за исключением азотной кислоты). В результате образуется соль и высвобождается газообразный водород. Это так называемая реакция замещения.

Zn+2HCl→ZnCl2+H2↑

Для проведения этой реакции рекомендуется налить в пробирку 5 мл соляной кислоты и поместить туда пару гранул цинка. Чтобы образующийся водород сразу не улетучивался, можно заткнуть горло пробирки пальцем. Если через некоторое время резко убрать палец и поднести к пробирке горящую спичку, произойдет воспламенение водорода со свистом (осторожно, возгорание газа может быть очень резким!). Если будет накоплено достаточно большое количество водорода, а пробирка была предварительно закрыта пробкой с трубкой для отвода газа, после поднесения горящей спички к концу трубки начнется равномерное горение водорода. Горение продолжится до тех пор, пока цинк или кислота не будут полностью израсходованы.

Чтобы определить, вступит ли металл в реакцию с кислотой, нужно предварительно найти положение металла в электрохимическом ряду активности:

Li→Rb→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Mn→Cr→Zn→Fe→
→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→H2→Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd→Pt→Au.

Реакционная способность металлов в этом ряду снижается слева направо.

Кислоты участвуют в реакциях обмена с основными оксидами (оксидами металлов). Продуктами таких реакций являются соли и вода.

CuO+H2SO4→CuSO4+H2O

Кислоты вступают в обменные реакции с основаниями с образованием соли и воды. Такие реакции называются реакциями нейтрализации.

H3PO4+3NaOH→Na3PO4+3H2O

Кислоты могут взаимодействовать с солями. Реакция начнется при условии, что соль была образована более слабой или летучей кислотой.
CaCl2+H2SO4→CaSO4↓+2HCl (сульфат кальция выпадает в виде белого осадка)

Любители ставить химические опыты могут положить в слабый раствор соляной кислоты куриное яйцо. Его плотность больше плотности раствора, поэтому оно опустится на дно сосуда. Соляная кислота вступит в реакцию с карбонатом кальция (CaCO3), который находится в составе скорлупы яйца, что приведет к образованию углекислого газа, пузырьки которого закрепятся на скорлупе. Благодаря этим пузырькам яйцо всплывет вверх. После поднятия яйца на поверхность пузырьки исчезнут, так как углекислый газ перейдет в воздух, и яйцо снова утонет. Затем все повторится сначала. Яйцо будет то тонуть, то снова всплывать, пока полностью не разрушится скорлупа.

Опыт

Нам понадобится пустая бутылка (чтобы получилось эффектнее, лучше взять бутылку из-под шампанского), в которую нужно положить несколько кусков мела и залить разбавленной соляной кислотой, после чего закрыть пробкой (не очень туго). Для соблюдения предосторожности бутылку следует завернуть в полотенце. Здесь, как и в предыдущем опыте, произойдет реакция соляной кислоты с карбонатом кальция:

СаСО3+2НСl→CaCl2+CO2+H2O.

Через несколько минут после начала опыта под давлением образовавшегося углекислого газа бутылка «выстрелит», и пробка взлетит на 2,5-3 метра.

Под воздействием высоких температур кислоты, в составе которых присутствуют атомы кислорода, разлагаются на кислотный оксид и воду (за исключением серной и ортофосфорной кислот):
H2SiO3→H2O+SiO2

При разложении неустойчивых кислот образуются газообразное вещество и вода:
H2CO3↔H2O+CO2

Бескислородные кислоты также подвержены реакциям разложения:
H2S→H2+S

Тест по теме «Свойства кислот»