Теоретический материал по химии на тему "Оссновные классы неорганических веществ: кислоты" (11 класс)

Кислоты

1. Состав и классификация кислот

Кислоты – это электролиты, при диссоциации которых из положительных ионов образуются только катионы водорода:

HClO₄  H+ ClO₄.

Состав кислот может быть выражен общей формулой НА, где А – кислотный остаток (анион), заряд которого определяется по числу замещенных атомов водорода и имеет отрицательное значение.

Кислоты могут находиться в различных агрегатных состояниях. При обычных условиях твердыми являются кислоты – H₃BO₃, HPO₃, H₃PO₄, H₄P₂O₇, жидкими – H₂SO₄, HNO₃. Некоторые кислоты представляют собой раствор газообразного вещества в воде – любая галогеноводородная кислота (HCl, HBr), угольная (H₂CO₃), сернистая кислоты (H₂SO₃) и др.

По растворимости кислоты подразделяют на растворимые, малорастворимые и нерастворимые в воде. Хорошо растворимыми в воде являются кислоты H₂SO₄, HNO₃, HPO₃, H₃PO₄, мало растворима – кислота H₃BO₃, практически нерастворимой является H₂SiO₃. Следует также отметить, что многие кислоты не могут быть выделены в свободном виде, т.к. они существуют только в водном растворе: HNO₂, H₂CO₃, H₂SO₃, HMnO₄, H₂CrO₄.

Число атомов водорода в молекуле кислоты определяет основность кислоты и валентность кислотного остатка. По основности кислоты различают одноосновные: HCl (хлороводородная), HClO (хлорноватистая), HMnO₄ (марганцевая) и др.; двухосновные: H₂S (сероводородная), H₂CO₃ (угольная), H₂SiO₃ (метакремниевая), H₂MnO₄ (марганцовистая) и др.; трехосновные: H₃BO₃ (ортоборная), H₃PO₄ (ортофосфорная), H₃AsO₄ (ортомышьяковая) и др.

Существуют кислоты и с более высокой основностью: четырехосновные – H₄P₂O₇ (пирофосфорная), H₄SiO₄ (ортокремниевая); пятиосновные – H₅IO₆ (иодная); шестиосновные – Н₆ТеО₆ (ортотеллуровая).

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:

H₂SO₄  H+ HSO₄; (I)

HSO₄ H+ SO₄. (II)

Суммарное уравнение диссоциации имеет вид:

H₂SO₄  2H+ SO₄.

Причем степень диссоциации () по первой ступени больше, чем по другим ступеням. В зависимости от степени диссоциации, кислоты, как и основания, делятся на сильные, средней силы и слабые.

В зависимости от состава кислотного остатка, кислоты подразделяют на бескислородные (HCl, HCN, H₂S) и кислородосодержащие (H₂CrO₄, H₂S₂O₃, HMnO₄, H₂C₂O₄, …).

Бескислородные кислоты не относятся к гидроксидам, но поскольку при диссоциации они образуют ионы водорода, то это позволяет объединить их в один класс.

2. Номенклатура кислот

Название бескислородных кислот образуется из корня русского названия неметалла с добавлением соединительной -о и слова «водородная». Например: HF – фтороводородная, H₂S – сероводородная.

Название кислородосодержащих кислот происходит от названия кислотообразующего элемента. Если кислотообразующий элемент проявляет высшую степень окисления, соответствующую номеру группы Периодической таблицы Д.И. Менделеева, то к корню русского названия элемента добавляют суффиксы -н, -ев или -ов и окончание -ая. Например:

– азотная; – серная; – марганцевая;
– хромовая.

Если атом неметалла (или металла) находится не в высшей, но в единственно возможной, кроме высшей положительной степени окисления, то в названии кислоты используется суффикс -ист.

Например: – азотистая; – сернистая.

Если элемент образует ряд кислот, у которого степени окисления различны, то по мере убывания степени окисления элемента в названиях используют следующие суффиксы: -н, -оват, -ист, -оватист.

Например:

– хлорная; – хлорноватая; – хлористая;
– хлорноватистая.

Состав любой кислородосодержащей кислоты может быть выражен общей формулой m ЭО · n H₂O. При различных соотношениях m и n образуются разные кислоты, соответствующие одному и тому же кислотному оксиду. В этом случае суффиксы в названиях всех кислот остаются одинаковыми, меняются лишь приставки. При m = 1, n 1, наименее гидратированная форма, обозначается приставкой мета-, наиболее гидратированная – орто-, а с промежуточным содержанием воды – приставкой пиро-.

Например:

Р₂О₅ · Н₂О → 2НРО₃ – метафосфорная кислота;

Р₂О₅ · 3Н₂О → 2Н₃РО₄ – ортофосфорная кислота;

Р₂О₅ · 2Н₂О → Н₄Р₂О₇ – пирофосфорная кислота.

Если в формуле m ЭО · n H₂O m n, то такие соединения называют поликислотами. В их названиях используют приставки ди-, три- и другие, указывающие число молекул кислотного оксида, приходящегося на одну молекулу воды.

Например:

– трихромовая кислота;

– дисерная кислота.

В поликислотах атомы неметалла (или металла) соединены между собой через кислород следующим образом: – Э – О – Э –.

3. Химические свойства кислот

1) Кислоты взаимодействуют с малорастворимыми основаниями, щелочами и амфотерными гидроксидами:

H₂SO₄ + Сu(OH)₂↓ → CuSO₄ + 2H₂O;

HCl + NaOH → NaCl + H₂O;

2HNO₃ + Zn(OH)₂↓ → Zn(NO₃)₂ + 2H₂O.

Следует иметь в виду, что практически нерастворимые в воде кислоты (H₂SiO₃, H₃BO₃) могут реагировать только с растворами щелочей, а с нерастворимыми основаниями и амфотерными гидроксидами они не взаимодействуют:

H₂SiO₃↓ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + 2H₂O.

2) Кислоты взаимодействуют с основными и амфотерными оксидами:

2HNO₃ + CaO → Ca(NO₃)₂ + H₂O;

6HCl + Al₂O₃ → 2AlCl₃ + 3H₂O.

3) Некоторые сильные концентрированные кислоты взаимодействуют с неметаллами:

2H₂SO₄ (конц.) + C → СO₂↑+ 2SO₂↑ + 2H₂O;

5H₂SO₄ (конц.) + 2P → 2H₃PO₄ + 5SO₂↑ + 2H₂O.

4) Кислоты взаимодействуют с металлами. Характер продуктов этих реакций зависит от активности металла, природы и концентрации кислот.

Активность металла определяется его положением в электрохимическом ряду напряжений. Все металлы, стоящие в ряду напряжения левее водорода, вытесняют (восстанавливают) водород из хлороводородной и других галогеноводородных кислот, а также из разбавленных растворов кислот (H₂SO₄, H₃PO₄). Продуктами таких реакций являются соль и газообразный водород:

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑;

2Na + H₂SO₄ (разб.) → Na₂SO₄ + H₂↑.

При взаимодействии металлов с азотной HNO₃ (разб., конц.) и серной H₂SO₄ (конц.) кислотами водород не выделяется. Поэтому в результате реакции образуются продукты восстановления аниона кислоты, соль и вода. Состав продуктов восстановления зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжений, концентрации кислоты и температуры.

3Ag + 4HNO₃ (разб.) → 3AgNO₃ + NO↑ + 2H₂O;

Ag + 2HNO₃ (конц.) → AgNO₃ + NO₂↑ + H₂O;

4Zn + 10HNO₃ (разб.) → 4Zn(NO₃)₂ + N₂O↑ + 5H₂O;

Cu + 2H₂SO₄ (конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O;

3Zn + 4H₂SO₄ (конц.) → 3ZnSO₄ + S↓ +4H₂O.

5) Кислоты взаимодействуют с солями, с образованием новой соли и новой кислоты. Реакция протекает необратимо, т.е. «идет до конца», если одним из ее продуктов является нерастворимое или летучее вещество.

Например:

2HCl + Na₂CO₃ → 2NaCl + H₂O + CO₂↑

H₂CO₃

2H⁺ + CO → H₂O + CO₂↑;

H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl

SO + Ba → BaSO₄↓;

2HCl + Na₂SiO₃ → 2NaCl + H₂SiO₃↓

2H⁺ + SiO → H₂SiO₃↓.

6) Разложение кислот.

Некоторые слабые кислоты разлагаются при обычных условиях:

H₂CO₃ → H₂O + CO₂↑;

H₂SO₃ → H₂O + SO₂↑;

2H₃BO₃  3H₂O + B₂O₃;

3HNO₂ → H₂O + 2NO↑ + HNO₃.

Сильные кислоты являются более прочными в термическом отношении. Однако при нагревании некоторые из них могут разлагаться:

4HNO₃ 2H₂O + 4NO₂↑ + O₂↑;

2HClO₄ Cl₂O₇ + H₂O;

2H₃PO₄ H₄P₂O₇ + H₂O.

4. Способы получения кислот

1) Большинство кислородосодержащих кислот может быть получено соединением кислотного оксида с водой:

N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃.

Этим способом нельзя получить практически нерастворимые кислоты (H₂SiO₃, H₃BO₃). Данные кислоты могут быть получены косвенным путем:

Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓.

Бескислородные кислоты получают при непосредственном соединении неметаллов:

H₂ + Cl₂ → 2HCl;

H₂ + S → H₂S.

2) Кислоты можно получить реакцией обмена между солью и менее летучей кислотой, например, серной:

NaCl + H₂SO₄ = HCl↑ + NaHSO₄;

NaNO₃ + H₂SO₄ = HNO₃↑ + NaHSO₄.

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Из приведенных ниже соединений выпишите формулы кислот: HNO₂, H₂MnO₄, Mn(OH)₂, H₂Te, MnO, H₂CrO₄.

2. Приведите примеры одно-, двух-, трех-, четырех-, пяти- и шестиосновных кислот.

3. Выпишите отдельно формулы бескислородных и кислородосодержащих кислот: HCN, H₂CO₃, HNO₃, H₂C₂O₄, H₂Se, H₂S.

4. Составьте графические формулы хлороводородной, хлорноватистой, хлористой, хлорноватой и хлорной кислот.

5. Составьте формулы оксидов, соответствующих следующим кислотам: H₃BO₃, H₂CrO₄, H₂SO₃, HReO₄, HIO₄, H₃PO₄.

6. Назовите следующие кислоты: HNO₃, HNO₂, H₂SeO₄, H₂SeO₃, H₂Se, HMnO₄, H₂MnO₄.

7. Какие кислоты являются водными растворами газообразных веществ? Приведите примеры.

8. Составьте схему ступенчатой диссоциации ортофосфорной кислоты.

9. С какими из приведенных ниже веществ реагирует разбавленная серная кислота: Fe₂O₃, Mg, Ca(OH)₂, Zn(OH)₂, Cu, P₂O₅, Hg?

10. Как получить следующие кислоты: H₂S, H₃PO₄, H₂SiO₃? Напишите уравнения соответствующих реакций.

11. Осуществите цепь превращений:

S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ → Al(OH)₃ →Al₂O₃ →
→ KAlO₂.

Приведите уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной формах.

1. Составьте уравнения соответствующих реакций:

SO₂ + H₂O →;

Na₂SiO₃ + HCl →;

SiO₂ + H₂O →;

H₂ + Br₂ →;

K₂S + HCl →;

Cu + H₂SO₄ →.