Какие кислоты бывают в химии: Классификация кислот. Особые свойства некоторых кислот. Видеоурок. Химия 8 Класс

Химические свойства кислот, химия 8 класс

Общие свойства кислот. Классификация

Кислоты — класс сложных химических веществ, состоящих из атомов водорода и кислотных остатков.

В первую очередь кислоты делятся на:

• органические или карбоновые и
• неорганические или минеральные.

Свойства карбоновых кислот подробно разбираются в статье Карбоновые кислоты (ссылка на статью)

В зависимости от количества атомов водорода, которые могут замещаться в химических реакциях различают:

• одноосновные кислоты
• двухосновные кислоты
• трехосновные кислоты.

Не смотря на то, что в уксусной кислоте четыре атома водорода, три из них принадлежат кислотному остатку и в реакциях замещения не участвуют. Соответственно, уксусная кислота — одновалентная.

Свойства неорганических кислот также зависят от наличия в их составе кислорода и делятся на

• бескислородные
• кислородсодержащие.

Растворы кислот способны диссоциировать и проводить электрический ток т.е. являются электролитами. В зависимости от степени диссоциации делятся на:

• сильные
• слабые электролиты.

Химия. 8 класс. Учебник

Учебник написан преподавателями химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Отличительными особенностями книги являются простота и наглядность изложения материала, высокий научный уровень, большое количество иллюстраций, экспериментов и занимательных опытов, что позволяет использовать её в классах и школах с углублённым изучением естественно-научных предметов.

Купить

Химические свойства кислот

1. Диссоциация

При диссоциации кислот образуются катионы водорода и анионы кислотного остатка.

HNO₃ → H⁺ + NO^—₃

HCl → H⁺ + Cl^—

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато.

Н₃РО₄ ↔ Н⁺ + Н₂РО^—₄ (первая ступень)

Н₂РО^—₄ ↔ Н⁺ + НРO^2-₄ (вторая ступень)

НРО^2-₄ ↔ Н⁺ + PО^З-₄ (третья ступень)

2. Разложение

Кислородсодержащие кислоты разлагаются на оксиды и воду.

H₂CO₃ → H₂O + CO₂↑

Бескислородные на простые вещества

3. Реакция с металлами

Кислоты реагируют лишь с теми металлами, что стоят в ряду активности до кислорода. В результате взаимодействия образуется соль и выделяется водород.

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑

Найти ряд активности можно на последней странице электронного учебника «Химия 9 класс» под редакцией В. В. Еремина.

Бдительные ученики могут сказать: «Золото стоит в ряду активности металлов после водорода, а с „царской водкой“ реагирует. Как же так?»

Из всех правил есть исключения.

Поскольку в состав азотной кислоты входит азот со степенью окисления +5, а в состав серной — сера со степенью окисления +6, то с металлами реагируют не ионы водорода, а более сильные окислители. Образуется соль, но не происходит выделения водорода.

Au + HNO₃ + 4HCl → HAuCl₄ + NO + 2H₂O.

4. Реакции с основаниями

В результате образуются соль и вода, происходит выделение тепла.

Na₂CO₃ + 2CH₃ — COOH → 2CH₃ — COONa + H₂O + CO₂↑.

Реакции такого типа называются реакциями нейтрализации. Простейшая реакция, которую можно провести на собственной кухне — гашение соды столовым уксусом или 9%раствором уксусной кислоты.

5. Реакции кислот с солями

Вспомним, когда мы разбирали ионные уравнения ( ссылка на статью), одним из условий протекания реакций было образование в ходе взаимодействия нерастворимой соли, выделение летучего газа или слабо диссоциирующего вещества — например, воды. Те же условия сохраняются и для реакций кислот с солями.

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl↑

6. Реакция кислот с основными и амфотерными оксидами

В ходе реакции образуется соль и происходит выделение воды.

K₂O + 2HNO₃ → 2KNO₃ + H₂O

7. Восстановительные свойства бескислородных кислот

Если в окислительных реакциях первую скрипку играет водород, то в восстановительных реакциях основная роль принадлежит анионному остатку. В результате реакций образуются свободные галогены.

4HCl + MnO₂ → MnCl

2 + Cl₂↑ + 2H₂O

Физические свойства кислот

При нормальных условиях (Атмосферное давление = 760 мм рт. ст. Температура воздуха 273,15 K = 0°C) кислоты чаще жидкости, хотя встречаются и твердые вещества: например ортофосфорная H₃PO₄ или кремниевая H₂SiO₃.

Некоторые кислоты представляют собой растворы газов в воде: фтороводородная-HF, соляная-HCl, бромоводородная-HBr.

Кислотные свойства кислот в ряду HF → HCl → HBr → HI усиливаются.

Для некоторых кислот (соляная, серная, уксусная) характерен специфический запах.

Благодаря наличию ионов водорода в составе, кислоты обладают характерным кислым вкусом.

Химическая лаборатория не ресторан, и в целях безопасности существует жесткий запрет на опробование на вкус химических веществ.

Как же можно определить кислота в пробирке или нет?

В 1300 году был открыт лакмус, и с тех пор алхимикам и химикам не пришлось рисковать своим здоровьем, пробуя на вкус содержимое пробирок. Запомните, что лакмус в кислой среде краснеет.

Вторым широко используемым индикатором является фенолфталеин.

Простой мнемонический стишок поможет запомнить, как ведут себя индикаторы в разных средах.

Индикатор лакмус — красный 
Кислоту укажет ясно.
Индикатор лакмус — синий,
Щёлочь здесь — не будь разиней,
Когда ж нейтральная среда,
Он фиолетовый всегда.
Фенолфталеиновый — в щелочах малиновый
Но несмотря на это в кислотах он без цвета.

Что ещё почитать?

Неметаллы

Биография Д.И. Менделеева. Интересные факты из жизни великого химика

Карбоновые кислоты

Массовая доля вещества

18HBr + 2KMnO₄ →2KBr + 2MnBr

2 + 8H₂O + 5Br₂

14НI + K₂Cr₂O₇ →3I₂↓ + 2Crl₃ + 2KI + 7H₂O

#ADVERTISING_INSERT#

Кислоты: классификация и химические свойства

Кислотами называются сложные вещества, в состав молекул которых входят атомы водорода, способные замещаться или обмениваться на атомы металла и кислотный остаток.

По наличию или отсутствию кислорода в молекуле кислоты делятся на кислородсодержащие (H₂SO₄ серная кислота, H₂SO₃ сернистая кислота, HNO₃ азотная кислота, H₃PO₄ фосфорная кислота, H₂CO₃ угольная кислота, H₂SiO₃ кремниевая кислота) и бескислородные (HF фтороводородная кислота, HCl хлороводородная кислота (соляная кислота), HBr бромоводородная кислота, HI иодоводородная кислота, H₂S сероводородная кислота).

В зависимости от числа атомов водорода в молекуле кислоты кислоты бывают одноосновные (с 1 атомом Н), двухосновные (с 2 атомами Н) и трехосновные (с 3 атомами Н). Например, азотная кислота HNO₃ одноосновная, так как в молекуле её один атом водорода, серная кислота H₂SO₄ – двухосновная и т.д.

	К И С Л О Т Ы
Одноосновные	Двухосновные	Трехосновные
HNO3 азотная  HF фтороводородная  HCl хлороводородная  HBr бромоводородная  HI иодоводородная	H2SO4 серная  H2SO3 сернистая  H 2S сероводородная  H2CO3 угольная  H2SiO3 кремниевая	H3PO4 фосфорная

Неорганических соединений, содержащих четыре атома водорода, способных замещаться на металл, очень мало.

Часть молекулы кислоты без водорода называется кислотным остатком.

Кислотные остатки могут состоять из одного атома  (-Cl, -Br, -I) – это простые кислотные остатки, а могут – из группы атомов (-SO_3, -PO_4, -SiO₃) – это сложные остатки.

В водных растворах при реакциях обмена и замещения кислотные остатки не разрушаются:

H₂SO₄ + CuCl₂  → CuSO₄ + 2 HCl↑

Слово ангидрид означает безводный, то есть кислота без воды. Например,

H₂SO₄ – H₂O → SO₃. Бескислородные кислоты ангидридов не имеют.

Своё название кислоты получают от названия образующего кислоту элемента (кислотообразователя) с прибавлением окончаний «ная» и реже «вая»: H₂SO₄ – серная; H₂SO₃ – угольная; H₂SiO₃ – кремниевая  и т.д.

Элемент может образовать несколько кислородных кислот. В таком случае указанные окончания в названии кислот будут тогда, когда элемент проявляет высшую валентность (в молекуле кислоты большое содержание атомов кислорода). Если элемент проявляет низшую валентность, окончание в названии кислоты будет «истая»: HNO₃ –  азотная, HNO₂ – азотистая.

Кислоты можно получать растворением ангидридов в воде. В случае, если ангидриды в воде не растворимы, кислоту можно получить действием другой более сильной кислоты на соль необходимой кислоты. Этот способ характерен как для кислородных так и бескислородных кислот. Бескислородные кислоты получают так же прямым синтезом из водорода и неметалла с последующим растворением полученного соединения в воде:

H₂ + Cl₂ → 2 HCl;

H₂ + S → H₂S.

Растворы полученных газообразных веществ HCl  и H₂S и являются кислотами.

При обычных условиях кислоты бывают как в жидком, так и в твёрдом состоянии.

Химические свойства кислот

Растворыв кислот действуют на индикаторы. Все кислоты (кроме кремниевой) хорошо растворяются  в воде. Специальные вещества – индикаторы позволяют определить присутствие кислоты.

Индикаторы – это вещества сложного строения. Они меняют свою окраску в зависимоти от взаимодействия с разными химическими веществами. В нейтральных растворах — они имеют одну окраску, в растворах оснований – другую. При взаимодействии с кислотой они меняют свою окраску: индикатор метиловый оранжевый окрашивается в красный цвет, индикатор лакмус – тоже в красный цвет.

Взаимодействуют с основаниями с образованием воды и соли, в которой содержится неизменный кислотный остаток (реакция нейтрализации):

H₂SO₄ + Ca(OH)₂  → CaSO₄ + 2 H₂O.

Взаимодействуют с основанными оксидами с образованием воды и соли (реакция нейтрализации). Соль содержит кислотный остаток той кислоты, которая использовалась в реакции нейтрализации:

H₃PO₄ + Fe₂O₃ → 2 FePO₄ + 3 H₂O.

Взаимодействуют с металлами. Для взаимодействия кислот с металлами должны выполнятся некоторые условия:

1. металл должен быть достаточно активным по отношению к кислотам (в ряду активности металлов он должен располагаться до водорода). Чем левее находится металл в ряду активности, тем интенсивнее он взаимодействует с кислотами;

2. кислота должна быть достаточно сильной (то есть способной отдавать ионы водорода H⁺).

При протекании химических реакций кислоты с металлами образуется соль и выделяется водород (кроме взаимодействия металлов с азотной и концентрированной серной кислотами,):

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑;

Cu + 4HNO₃ → CuNO₃ + 2 NO₂  + 2 H₂O.

Остались вопросы? Хотите знать больше о кислотах?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Кислоты: химические свойства и получение

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⁺ + HSO_3^–

HSO₃^– ↔ H⁺ + SO₃^2–

 

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  →  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

 

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 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 

 

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 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 H₂SO_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 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

 

 

Классификация и характерные химические свойства кислот.

Классификация кислот

Кислоты можно классифицировать исходя из разных критериев:

1) Наличие атомов кислорода в кислоте

Кислородсодержащие	Бескислородные
H3PO4,HNO3,HNO2,H2SO4,H3PO4,H2CO3,H2CO3, HClO4 все органические кислоты (HCOOH, CH3COOH  и т.д.)	HF, HCl, HBr, HI, H2S

2) Основность кислоты

Основностью кислоты называют число «подвижных» атомов водорода в ее молекуле, способных при диссоциации отщепляться от молекулы кислоты в виде катионов водорода H⁺, а также замещаться на атомы металла:

одноосновные	двухосновные	трехосновные
HBr, HCl, HNO3, HNO2, HCOOH, CH3COOH	H2SO4, H2SO3, H2CO3, H2SiO3	H3PO4

3) Летучесть

Кислоты обладают различной способностью улетучиваться из водных растворов.

Летучие	Нелетучие
H2S, HCl, CH3COOH, HCOOH	H3PO4, H2SO4, высшие карбоновые кислоты

4) Растворимость

Растворимые	Нерастворимые
HF, HCl, HBr, HI, H2S, H2SO3, H2SO4, HNO3, HNO2, H3PO4, H2CO3, CH3COOH, HCOOH	H2SiO3, высшие карбоновые кислоты

5) Устойчивость

Устойчивые	Неустойчивые
H2SO4, H3PO4, HCl, HBr, HF	H2CO3, H2SO3

6) Способность к диссоциации

хорошо диссоциирующие (сильные)	малодиссоциирующие (слабые)
H2SO4, HCl, HBr, HI, HNO3, HClO4	H2CO3, H2SO3, H2SiO3

7) Окисляющие свойства

слабые окислители (проявляют окислительные свойства за счет катионов водорода H+)	сильные окислители (проявляют окислительные свойства за счет кислотообразующего элемента)
практически все кислоты кроме HNO3 и H2SO4 (конц.)	HNO3 любой концентрации, H2SO4 (обязательно концентрированная)

Химические свойства кислот

1. Способность к диссоциации

Кислоты диссоциируют в водных растворах на катионы водорода и кислотные остатки. Как уже было сказано, кислоты делятся на хорошо диссоциирующие (сильные) и малодиссоциирующие (слабые). При записи уравнения диссоциации сильных одноосновных кислот используется либо одна направленная вправо стрелка (), либо знак равенства (=), что показывает фактически необратимость такой диссоциации. Например, уравнение диссоциации сильной соляной кислоты может быть записано двояко:

либо в таком виде: HCl = H⁺ + Cl^—

либо в таком: HCl → H⁺ + Cl^—

По сути направление стрелки говорит нам о том, что обратный процесс объединения катионов водорода с кислотными остатками (ассоциация) у сильных кислот практически не протекает.

В случае, если мы захотим написать уравнение диссоциации слабой одноосновной кислоты, мы должны использовать  в уравнении вместо знака  две стрелки . Такой знак отражает обратимость диссоциации слабых кислот — в их случае сильно выражен обратный процесс объединения катионов водорода с кислотными остатками:

CH₃COOH  CH₃COO^— + H⁺

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, т.е. катионы водорода от их молекул отрываются не одновременно, а по очереди. По этой причине диссоциация таких кислот выражается не одним, а несколькими уравнениями, количество которых равно основности кислоты. Например, диссоциация трехосновной фосфорной кислоты протекает в три ступени с поочередным отрывом катионов H⁺ :

H₃PO₄  H⁺ + H₂PO₄^—

H₂PO₄^—  H⁺ + HPO₄^2-

HPO₄^2-  H⁺ + PO₄^3-

Следует отметить, что каждая следующая ступень диссоциации протекает в меньшей степени, чем предыдущая. То есть, молекулы H₃PO₄ диссоциируют лучше (в большей степени), чем ионы H₂PO₄^— , которые, в свою очередь, диссоциируют лучше, чем ионы HPO₄^2-. Связано такое явление с увеличением заряда кислотных остатков,  вследствие чего возрастает прочность связи между ними и положительными ионами H⁺.

Из многоосновных кислот исключением является серная кислота. Поскольку данная кислота хорошо диссоциирует по обоим ступеням, допустимо записывать уравнение ее диссоциации в одну стадию:

H₂SO₄ 2H⁺ + SO₄^2-

2. Взаимодействие кислот с металлами

Седьмым пунктом в классификации кислот мы указали их окислительные свойства. Было указано, что кислоты бывают слабыми окислителями и сильными окислителями. Подавляющее большинство кислот (практически все кроме H₂SO_4(конц.) и HNO₃) являются слабыми окислителями, так как могут проявлять свою окисляющую способность только  за счет катионов водорода. Такие кислоты могут окислить из металлов только те, которые находятся в ряду активности левее водорода, при этом в качестве продуктов образуется соль соответствующего металла и водород. Например:

H₂SO_4(разб.) + Zn  ZnSO₄ + H₂

2HCl + Fe  FeCl₂ + H₂

Что касается кислот-сильных окислителей, т.е. H₂SO₄ (конц.) и HNO₃, то список металлов, на которые они действуют, намного шире, и в него входят как все металлы до водорода в ряду активности, так и практически все после. То есть концентрированная серная кислота и азотная кислота любой концентрации, например, будут окислять даже такие малоактивные металлы, как медь, ртуть, серебро. Более подробно взаимодействие азотной кислоты и серной концентрированной с металлами, а также некоторыми другими веществами из-за их специфичности будет рассмотрено отдельно в конце данной главы.

3. Взаимодействие кислот с основными и амфотерными оксидами

Кислоты реагируют с  основными и амфотерными оксидами. Кремниевая кислота, поскольку является нерастворимой, в реакцию с малоактивными основными оксидами и амфотерными оксидами не вступает:

H₂SO₄ + ZnO ZnSO₄ + H₂O

6HNO₃ + Fe₂O₃ 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O

H₂SiO₃ + FeO ≠

4. Взаимодействие кислот с основаниями и амфотерными гидроксидами

HCl + NaOH H₂O + NaCl

3H₂SO₄ + 2Al(OH)₃  Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O

5. Взаимодействие кислот с солями

Данная реакция протекает в случае, если образуется осадок, газ либо существенно более слабая кислота, чем та, которая вступает в реакцию. Например:

H₂SO₄ + Ba(NO₃)₂ BaSO₄↓ + 2HNO₃

CH₃COOH + Na₂SO₃ CH₃COONa + SO₂↑ + H₂O

HCOONa + HCl HCOOH + NaCl

6. Специфические окислительные свойства азотной и концентрированной серной кислот

Как уже было сказано выше, азотная кислота в любой концентрации, а также серная кислота исключительно в концентрированном состоянии являются очень сильными окислителями. В частности, в отличие от остальных кислот они окисляют не только металлы, которые находятся до водорода в ряду активности, но и практически все металлы после него (кроме платины и золота).

Так, например, они способны окислить медь, серебро и ртуть. Следует однако твердо усвоить тот факт, что ряд металлов (Fe, Cr, Al) несмотря на то, что являются довольно активными (находятся до водорода), тем не менее, не реагируют с концентрированной HNO₃ и концентрированной H₂SO₄  без нагревания по причине явления пассивации — на поверхности таких металлов образуется защитная пленка из твердых продуктов окисления, которая не позволяет молекулами концентрированной серной  и концентрированной азотной кислот проникать вглубь металла для протекания реакции. Однако, при сильном нагревании реакция все таки протекает.

В случае взаимодействия с металлами обязательными продуктами всегда являются соль соответствующего метала и используемой кислоты, а также вода. Также всегда выделяется третий продукт, формула которого  зависит от многих факторов, в частности, таких, как активность металлов, а также концентрация кислот и температура проведения реакций.

Высокая окислительная способность концентрированной серной  и концентрированной азотной кислот позволяет им реагировать не только практическим со всеми металлами ряда активности, но даже со многими твердыми неметаллами, в частности, с фосфором, серой, углеродом. Ниже в таблице наглядно представлены продукты взаимодействия серной и азотной кислот с металлами и неметаллами в зависимости от концентрации:

7. Восстановительные свойства бескислородных кислот

Все бескислородные кислоты (кроме HF) могут проявлять восстановительные свойства за счет химического элемента, входящего в состав аниона, при действии различных окислителей. Так, например, все галогеноводородные кислоты (кроме HF) окисляются диоксидом марганца, перманганатом калия, дихроматом калия. При этом галогенид-ионы окисляются до свободных галогенов:

4HCl + MnO₂ MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O

16HBr + 2KMnO₄ 2KBr + 2MnBr₂ + 8H₂O + 5Br₂

14НI + K₂Cr₂O₇ 3I₂↓ + 2Crl₃ + 2KI + 7H₂O

Среди всех галогеноводородных кислот наибольшей восстановительной активностью обладает иодоводородная кислота. В отличие от других галогеноводородных кислот ее могут окислить даже оксид и соли трехвалентного железа.

6HI + Fe₂O₃ 2FeI₂ + I₂↓ + 3H₂O

2HI + 2FeCl₃ 2FeCl₂ + I₂↓ + 2HCl

Высокой восстановительной активностью обладает также и сероводородная кислота H₂S. Ее может окислить даже такой окислитель, как диоксид серы:

2H₂S + SO₂  3S↓+ 2H₂O

Кислоты — классификация, получение и свойства » HimEge.ru

Кислоты — электролиты, диссоциирующие с образованием катионов водорода и анионов кислотного остатка

Общая формула кислот H_nAc, где n – число атомов водорода, равное заряду иона кислотного остатка, Ac — кислотный остаток.

 

Сила кислот убывает в ряду:

HI > HClO₄ > HBr > HCl > H₂SO₄ > HNO₃ > H₂SO₃ > H₃PO₄ > HF > HNO₂ >H₂CO₃ > H₂S > H₂SiO₃

Кислородосодержащие  кислоты и соответствующие кислотные оксиды

Многие кислоты, например серная, азотная, соляная – это бесцветные жидкости. известны также твёрдые кислоты: ортофосфорная, метафосфорная HPO₃, борная H₃BO₃. Почти все кислоты растворимы в воде. Пример нерастворимой кислоты – кремниевая H₂SiO₃.

1) Взаимодействие простых веществ
(получают бескислородные кислоты)
H₂ + Cl₂ = 2HCl,

H₂ + S = H₂S.

2) Взаимодействие кислотных оксидов с водой
(получают кислородсодержащие кислоты)
 SO₃ + H₂O = H₂SO₄,

3) Взаимодействие солей с растворами сильных кислот
(получают слабые кислоты)
Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃ + 2NaCl,

SiO₃^2- + 2H⁺ = H₂SiO₃.

4) Электролиз водных растворов солей

2CuSO₄ + 2H₂O = 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄.

1) Растворы кислот кислые на вкус, изменяют окраску индикаторов:
лакмуса в красный цвет,  метилового оранжевого – в розовый, цвет фенолфталеина не изменяется.

В водном растворе растворимые кислоты диссоциируют, образуя ион водорода, и кислотный остаток:

HCl = H⁺ + Cl^—.

Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:

H₂SO₄ = H⁺ + HSO₄^—,

HSO₄^— = H⁺ + SO₄^2-.

Суммарное уравнение:

H₂SO₄ = 2H⁺ + SO₄^2-

2) Взаимодействие с металлами

Ca + 2HCl = CaCl₂ + H₂

Водород из кислот-неокислителей могут вытеснять только металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений металлов до водорода.

Кислоты-окислители — азотная и серная конц., реагируют с металлами по-другому, потому что в качестве окислителя выступает элемент кислотного остатка, а не водород!

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂+ 2NO₂↑+2H₂O

Cu +2H₂SO_{4  конц} = CuSO₄+SO₂↑ + 2H₂O

3) Взаимодействие с основными оксидами

CaO + 2HCl = CaCl₂ + H₂O

(если образуется растворимая соль)

4) Взаимодействие с основаниями (реакция нейтрализации)

H₂SO₄ + 2KOH = K₂SO₄ + 2H₂O,

2H⁺ + 2OH^— = 2H₂O

2HCl + Cu(OH)₂ = CuCl₂ + 2H₂O,

Cu(OH)₂ + 2H⁺ = Cu²⁺ + 2H₂O.

Многоосновные кислоты образуют кислые и средние соли:

H₂SO₄ + NaOH = NaHSO₄ + H₂O,

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O.

5) Взаимодействие с солями

Реакции с солями происходят только в том случае, если в результате химического превращения образуется малодиссоциирующее вещество, выделяется газ или выпадает осадок.

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂↑ + H₂O,

CO₃^2- + 2H⁺ = CO₂ + H₂O.

В этом случае выделяется углекислый газ и образуется малодиссоциирующее вещество – вода.

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = H₂SiO₃↓ + Na₂SO₄,

SiO₃^2- + 2H⁺ = H₂SiO₃.

Реакция происходит, так как образуется осадок.

6) Специфические свойства кислот

Связаны с окислительно-восстановительными реакциями, бескислородные кислоты в растворе могут только окисляться (проявлять восстановительные свойства):

2KMn⁺⁷O₄ + 16HCl^— = Cl₂⁰ + 2KCl + 2Mn⁺²Cl₂ + 8H₂O,

H₂S^-2 + Br₂⁰ = S⁰ + 2HBr^—.

Кислородсодержащие кислоты могут окисляться (проявлять восстановительные свойства), только когда центральный атом в них находится в промежуточной степени окисления, как, например, в сернистой кислоте:

H₂S⁺⁴O₃ + Cl₂⁰ + H₂O = H₂S⁺⁶O₄ + 2HCl^—.

Если центральный атом находится в максимальной степени окисления, то кислоты проявляют окислительные свойства, например, взаимодействие с металлами и неметаллами:

C⁰ + 2H₂S⁺⁶O₄ = C⁺⁴O₂ + 2S⁺⁴O₂ + 2H₂O,

3P⁰ + 5HN⁺⁵O₃ + 2H₂O = 3H₃P⁺⁵O₄ + 5N⁺²O.

Свойства кислот

Кислоты — это сложные вещества, состоящие из одного или нескольких атомов водорода и кислотного остатка. Общая формула кислот Н_nА, где А — кислотный остаток. Кислоты (с точки зрения электролитической диссоциации) представляют собой электролиты, диссоциирующие в водных растворах на катионы водорода Н⁺ и анионы кислотного остатка.

Классификация. По наличию (отсутствию) кислорода в составе кислот они подразделяются на кислородсодержащие (например, H₃PO_{4и H2SO4) и бескислородные (например, HCl и HBr). По основности (числу ионов H⁺, образующихся при полной диссоциации, или количеству ступеней диссоциации) кислоты делятся на одноосновные (если образуется один ион H⁺: HClH⁺ + Cl^–; одна ступень диссоциации) и многоосновные – двухосновные (если образуются два иона H⁺: H2SO4 2H⁺ + SO4^2–; две ступени диссоциации), трехосновные (если образуются три иона H⁺: H3PO4 3H⁺ + PO4^3–; три ступени диссоциации) и т.д.}

Физические свойства. Кислоты бывают газообразные, жидкие и твердые. Некоторые имеют запах и цвет. Кислоты отличаются различной растворимостью в воде.

 

Химические свойства кислот

 

1) Диссоциация: HCl + nH₂OH⁺×kH₂O + Cl^–×mH₂O (сокращенно: HClH⁺ + Cl^– ).

 Многоосновные кислоты диссоциируют по ступеням (в основном по первой):

 

H₂SO₄ H⁺ + НSO₄^–  (1 ступень) и HSO₄^– H⁺ + SO₄^2– (2 ступень).

 

2) Взаимодействие с индикаторами:

 

индикатор + Н⁺ (кислота)   окрашенное соединение.

 

Фиолетовый лакмус и оранжевый метилоранж окрашиваются в кислых средах в розовый цвет, бесцветный раствор фенолфталеина не меняет своей окраски.

3) Разложение. При разложении кислородсодержащих кислот получаются кислотный оксид и вода.

 

H₂SiO₃ SiO₂ + H₂O.

 

Бескислородные кислоты распадаются на простые вещества:

 

2HCl Cl₂ + H₂.

 

Кислоты-окислители разлагаются сложнее:

4НNO₃  4NO₂­ + 2H₂O + O₂­.

 

4) Взаимодействие с основаниями и амфотерными гидроксидами:

 

H₂SO₄+ Ca(OH)₂ ® CaSO₄¯ + 2H₂O       2H⁺ + SO₄^2–+ Ca²⁺ +2OH^– ® CaSO₄¯ + 2H₂O

H₂SO₄+ Zn(OH)₂ ® ZnSO₄ + 2H₂O               2H⁺  +  Zn(OH)₂ ® Zn²⁺  + 2H₂O.

 

5) Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами:

 

H₂SO₄+ CaO ® CaSO₄¯ + H₂O          2H⁺ + SO₄^2–+ CaO ® CaSO₄¯ + H₂O

H₂SO₄+ ZnO ® ZnSO₄ + H₂O          2H⁺  + ZnO ® Zn²⁺  + H₂O.

 

6) Взаимодействие с металлами: а) кислоты-окислители по Н⁺ (HCl, HBr, HI, HClO₄, H₂SO₄, H₃PO₄и др.).

В реакцию вступают металлы, расположенные в ряду активности до водорода:

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

 

2HCl + Fe ® FeCl₂ + H₂­          2H⁺ + Fe ® Fe²⁺ + H₂­.

 

б) кислоты-окислители по аниону (концентрированная серная, азотная любой концентрации):

 

2Fe + 6H₂SO_{4 (конц.)}  Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂­ + 6H₂O

2Fe + 12H⁺+ 3SO₄^2–® 2Fe³⁺ + 3SO₂­ + 6H₂O.

 

7) Взаимодействие с солями. Реакция происходит, если соль образована более слабой или летучей кислотой, или если образуется осадок:

 

2HCl + Na₂CO₃® 2NaCl + CO₂­ + H₂O          2H⁺ + CO₃^2–® CO₂­ + H₂O

СaCl₂ + H₂SO₄ ® CaSO₄¯ + 2HCl             Сa²⁺ + SO₄^2- ® CaSO₄¯.

 

Получение. Бескислородные кислоты получают:

1) Из неметаллов и водорода с последующим растворением образовавшегося газа в воде:

 

Cl₂ + H₂ 2HCl.

 

2) При действии сильных кислот на соли более слабых или летучих бескислородных кислот:

 

2HCl + Na₂S ® 2NaCl + Н₂S­                          2H⁺ + S^2– ® Н₂S­.

 

Кислородсодержащие кислоты получают:

1) Взаимодействием кислотного оксида и воды. Оксид кремния(IV) SiO₂с водой не реагирует!

 

SO₂ + H₂O H₂SO₃.

 

2) При действии сильных кислот на соли более слабых или летучих кислородсодержащих кислот:

 

2HCl + Na₂CO₃® 2NaCl + Н₂СО₃                   2H⁺ + CO₃^2– ® Н₂СО₃.

Л.А. Яковишин

ЕГЭ по химии, подготовка к ЕГЭ по химии 2021 в Москве, сложность, оценки, задачи, шкала перевода баллов — Учёба.ру

Что требуется

Из предложенного перечня веществ необходимо выбрать те, между которыми возможно протекание окислительно-восстановительной реакции (ОВР), записать уравнение этой реакции и подобрать в ней коэффициенты методом электронного баланса, а также указать окислитель и восстановитель.

Особенности

Это одно из самых сложных заданий ЕГЭ по предмету, поскольку оно проверяет знание всей химии элементов, а также умение определять степени окисления элементов. По этим данным нужно определить вещества, которые могут быть только окислителями (элементы в составе этих веществ могут только понижать степень окисления), только восстановителями (элементы в составе этих веществ могут только повышать степень окисления) или же проявлять окислительно-восстановительную двойственность (элементы в составе этих веществ могут и понижать, и повышать степень окисления).

Также в задании необходимо уметь самостоятельно (без каких-либо указаний или подсказок) записывать продукты широкого круга окислительно-восстановительных реакций. Кроме того, нужно уметь грамотно оформить электронный баланс, после чего перенести полученные в балансе коэффициенты в уравнение реакции и дополнить его коэффициентами перед веществами, в которых элементы не изменяли степеней окисления.

Советы

Окислительно-восстановительные реакции основаны на принципе взаимодействия веществ противоположной окислительно-восстановительной природы. Согласно этому принципу любой восстановитель может взаимодействовать практически с любым окислителем. В задаче № 30 окислители и восстановители часто подобраны таким образом, что между ними точно будет протекать реакция.

Для нахождения пары окислитель/восстановитель нужно, прежде всего, обращать внимание на вещества, содержащие элементы в минимальной и максимальной степени окисления. Тогда вещество с минимальной степенью окисления будет являться типичным восстановителем, а вещество с максимальной степенью окисления с большой долей вероятности окажется сильным окислителем.

Если в списке только одно вещество (вещество 1) содержит элемент в максимальной или минимальной степени окисления, нужно найти ему в пару вещество, в котором элемент находится в промежуточной степени окисления и может проявлять свойства и окислителя, и восстановителя (вещество 2). Тогда вещество 1 определит окислительно-восстановительную активность вещества 2.

Когда пара окислитель/восстановитель определена, нужно обязательно проверить, в какой среде (кислой, нейтральной или щелочной) может протекать эта реакция. Если нет особенных правил, связанных со средой протекания выбранной реакции, то в качестве среды следует выбрать водный раствор того вещества (кислоты или щелочи), которое есть в предложенном списке реагентов.

Чтобы верно записать продукты окислительно-восстановительной реакции, нужно знать теоретические сведения о химии того или иного вещества и специфику его свойств. Однако запоминать все реакции наизусть — дело утомительное, да и не очень полезное. Для того чтобы упростить задачу, можно выявить некоторые общие закономерности в протекании ОВР и научиться предсказывать продукты реакций. Для этого нужно следовать трем простым правилам:

1. Процессы окисления и восстановления — это две стороны единого процесса: процесса передачи электрона. Если какой-либо элемент (восстановитель) отдает электроны, то в этой же реакции обязательно должен быть какой-то элемент (окислитель), который принимает эти электроны.

2. Если в реакции участвует простое вещество, эта реакция — всегда окислительно-восстановительная.

3. При взаимодействии сильных окислителей с различными восстановителями обычно образуется один и тот же основной продукт окисления. Многие окислители при взаимодействии с различными восстановителями также часто восстанавливаются до какого-то одного продукта, соответствующего их наиболее устойчивой степени окисления.

Определение и примеры в химии

Кислота — это химическое соединение, которое отдает протоны или ионы водорода и / или принимает электроны. Большинство кислот содержат связанный атом водорода, который может высвобождаться (диссоциировать) с образованием катиона и аниона в воде. Чем выше концентрация ионов водорода, производимых кислотой, тем выше ее кислотность и ниже pH раствора.

Слово acidus происходит от латинских слов acidus или acere , которые означают «кислый», поскольку одна из характеристик кислот в воде — кислый вкус (напр.г., уксус или лимонный сок).

В этой таблице представлен обзор основных свойств кислот по сравнению с основаниями.

Обзор кислотных и основных свойств
Имущество	Кислота	База
pH	менее 7	больше 7
лакмусовая бумага	от синего к красному	не меняет лакмусовую бумажку, но может вернуть кислотную (красную) бумагу обратно в синюю
вкус	кислый (e.г., уксус)	горький или мыльный (например, пищевая сода)
запах	ощущение жжения	часто без запаха (исключение — аммиак)
текстура	липкий	скользкая
реактивность	реагирует с металлами с образованием газообразного водорода	реагирует с несколькими жирами и маслами

Кислоты Аррениуса, Бренстеда-Лоури и Льюиса

Есть разные способы определения кислот.Под «кислотой» обычно подразумевается кислота Аррениуса или Бренстеда-Лоури. Кислоту Льюиса обычно называют «кислотой Льюиса». Причина различий в определениях заключается в том, что эти разные кислоты не включают один и тот же набор молекул:

• Кислота Аррениуса : Согласно этому определению кислота — это вещество, которое увеличивает концентрацию ионов гидроксония (H ₃ O ⁺ ) при добавлении в воду. Вы также можете рассмотреть возможность увеличения концентрации иона водорода (H ⁺ ) в качестве альтернативы.
• Кислота Бренстеда-Лоури : Согласно этому определению кислота — это материал, способный действовать как донор протонов. Это менее ограничительное определение, потому что растворители, кроме воды, не исключаются. По существу, любое соединение, которое может быть депротонировано, представляет собой кислоту Бренстеда-Лоури, включая типичные кислоты, а также амины и спирт. Это наиболее широко используемое определение кислоты.
• Кислота Льюиса : Кислота Льюиса — это соединение, которое может принимать электронную пару с образованием ковалентной связи.Согласно этому определению, некоторые соединения, не содержащие водород, квалифицируются как кислоты, включая трихлорид алюминия и трифторид бора.

Примеры кислот

Это примеры типов кислот и конкретных кислот:

• Аррениусовая кислота
• Кислота монопротоновая
• Кислота Льюиса
• Кислота соляная
• Серная кислота
• Плавиковая кислота
• Уксусная кислота
• Желудочная кислота (содержащая соляную кислоту)
• Уксус (содержащий уксусную кислоту)
• Лимонная кислота (содержится в цитрусовых)

Сильные и слабые кислоты

Кислоты можно определить как сильные или слабые в зависимости от того, насколько полно они диссоциируют на ионы в воде.Сильная кислота, такая как соляная кислота, полностью диссоциирует на ионы в воде. Слабая кислота только частично диссоциирует на ионы, поэтому раствор содержит воду, ионы и кислоту (например, уксусную кислоту).

Узнать больше

Смотри: В чем разница между кислотами и основаниями?

14.2: Кислоты: свойства и примеры

Цели обучения

• Изучить свойства кислот.

Многие люди любят пить кофе.Чашка с утра помогает начать день. Но содержать кофеварку в чистоте может быть проблемой. Через некоторое время накапливаются известковые отложения, которые замедляют процесс пивоварения. Лучшее лекарство от этого — налить в кастрюлю уксус (разбавленную уксусную кислоту) и пропустить его через цикл заваривания. Уксус растворяет отложения и очищает кофеварку, что ускоряет процесс пивоварения до исходной скорости. Просто обязательно пропустите воду в процессе заваривания после уксуса, иначе вы получите действительно ужасный кофе.

Кислоты

Кислоты очень часто встречаются в некоторых продуктах, которые мы едим. Цитрусовые, такие как апельсины и лимоны, содержат лимонную кислоту и аскорбиновую кислоту, которая более известна как витамин С. Газированные газированные напитки содержат фосфорную кислоту. Уксус содержит уксусную кислоту. Ваш собственный желудок использует соляную кислоту для переваривания пищи. Кислоты представляют собой отдельный класс соединений из-за свойств их водных растворов, как указано ниже:

1. Водные растворы кислот являются электролитами, то есть проводят электрический ток.Некоторые кислоты являются сильными электролитами, потому что они полностью ионизируются в воде, давая большое количество ионов. Другие кислоты представляют собой слабые электролиты, которые существуют в основном в неионизированной форме при растворении в воде.
2. Кислоты имеют кислый вкус. Лимоны, уксус и кислые конфеты содержат кислоты.
3. Кислоты меняют цвет на определенные кислотно-щелочные индикаторы. Два общих индикатора — это лакмусовая бумажка и фенолфталеин. Синий лакмус становится красным в присутствии кислоты, а фенолфталеин становится бесцветным.
4. Кислоты реагируют с активными металлами с образованием газообразного водорода. Напомним, что серия активности — это список металлов в порядке убывания их реакционной способности. Металлы, которые находятся выше водорода в ряду активности, будут заменять водород кислоты в реакции однократного замещения, как показано ниже:
   \ [\ ce {Zn} \ left (s \ right) + \ ce {H_2SO_4} \ left (aq \ right) \ rightarrow \ ce {ZnSO_4} \ left (aq \ right) + \ ce {H_2} \ left (g \ right) \ label {eq1} \]
5. Реакция взаимодействия кислоты и основания с образованием соединения соли и воды.Когда равные моли кислоты и основания объединяются, кислота нейтрализуется основанием. Продуктами этой реакции являются ионное соединение, обозначенное как соль, и вода.

Вам не составит труда назвать несколько распространенных кислот (но вы можете обнаружить, что перечисление оснований немного сложнее). Ниже приведен частичный список некоторых распространенных кислот, а также некоторые химические формулы:

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Общие кислоты и их применение

Имя химика	Общее название	Использует
соляная кислота, HCl	соляная кислота (используется в бассейнах), а желудочная кислота — HCl	Используется при очистке (рафинировании) металлов, при обслуживании бассейнов и для уборки дома.
серная кислота, H 2 SO 4		Используется в автомобильных аккумуляторах и при производстве удобрений.
азотная кислота, HNO 3		Используется при производстве удобрений, взрывчатых веществ и при добыче золота.
уксусная кислота, HC 2 H 3 O 2	уксус	Основной ингредиент в уксусе.
угольная кислота, H 2 CO 3	отвечает за «шипение» в газированных напитках	В качестве ингредиента газированных напитков.
лимонная кислота, C 6 H 8 O 7		Используется в продуктах питания и диетических добавках. Также добавляется в качестве подкислителя в кремы, гели, жидкости и лосьоны.
ацетилсалициловая кислота, C 6 H 4 (OCOCH 3 ) CO 2 H	аспирин	Активный ингредиент аспирина.

Что именно делает кислоту кислотой и что заставляет основание действовать как основание? Взгляните на формулы, приведенные в таблице выше, и сделайте предположение.

соляная кислота

Соляная кислота — это сильная коррозионная минеральная кислота, которая используется во многих промышленных целях.{-} (водн.)} \]

Соляная кислота поэтому может использоваться для получения хлоридных солей. Соляная кислота — сильная кислота, так как полностью диссоциирует в воде. Соляная кислота является предпочтительной кислотой при титровании для определения количества оснований.

Серная кислота

Серная кислота — сильно коррозионная сильная минеральная кислота с молекулярной формулой \ (\ ce {h3SO4} \). Серная кислота является дипротоновой кислотой и имеет широкий спектр применения, включая использование в бытовых кислотных очистителях канализации, ^[ в качестве электролита в свинцово-кислотных аккумуляторах и в различных чистящих средствах.Это также центральное вещество в химической промышленности.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Капли концентрированной серной кислоты быстро разлагают кусок хлопкового полотенца путем обезвоживания. (CC BY-SA 3.0; Токсичный ходок).

Поскольку гидратация серной кислоты термодинамически благоприятна (и сильно экзотермична), а ее сродство к воде достаточно велико, серная кислота является отличным дегидратирующим агентом. Концентрированная серная кислота обладает очень сильным обезвоживающим свойством, удаляя воду (\ (\ ce {h3O} \)) из других соединений, включая сахар и другие углеводы, и выделяя углерод, тепло и пар.Серная кислота ведет себя как обычная кислота в реакции с большинством металлов, выделяя газообразный водород (уравнение \ ref {Eq1}).

\ [\ ce {M + h3SO4 → M (SO4) + h3} \ label {Eq1} \]

Азотная кислота

Азотная кислота (\ (\ ce {HNO3} \)) — это очень коррозионная минеральная кислота, которая также широко используется в качестве сильного окислителя. Азотная кислота обычно считается сильной кислотой при температуре окружающей среды. Азотную кислоту можно получить путем реакции диоксида азота (\ (\ ce {NO_2 (g)} \)) с водой.

\ [\ ce {3 NO2 (г) + h3O (l) → 2 HNO3 (ag) + NO (г)} \]

Азотная кислота реагирует с большинством металлов, но детали зависят от концентрации кислоты и природы металла. Разбавленная азотная кислота ведет себя как обычная кислота в реакции с большинством металлов (например, азотная кислота с магнием, марганцем или цинком выделяет газ \ (\ ce {h3} \)):

\ [\ ce {Mg + 2 HNO3 → Mg (NO3) 2 + h3} \]

\ [\ ce {Mn + 2 HNO3 → Mn (NO3) 2 + h3} \]

\ [\ ce {Zn + 2 HNO3 → Zn (NO3) 2 + h3} \]

Азотная кислота — это едкая кислота и мощный окислитель.Основная опасность, которую он представляет, — это химический ожог, поскольку он выполняет кислотный гидролиз с белками (амидом) и жирами (сложным эфиром), что, следовательно, разлагает живую ткань (Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)). Концентрированная азотная кислота окрашивает кожу человека в желтый цвет из-за реакции с кератином

. Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): ожог второй степени, вызванный азотной кислотой. (CC BY-SA 3.0; Алькаман).

Угольная кислота

Угольная кислота представляет собой химическое соединение с химической формулой \ (\ ce {h3CO3} \), а также иногда называют растворы углекислого газа в воде (газированная вода), потому что такие растворы содержат небольшие количества \ (\ ce {h3CO3 (водн.)} \).Угольная кислота, которая является слабой кислотой, образует два вида солей: карбонаты и бикарбонаты. В геологии углекислота вызывает растворение известняка с образованием бикарбоната кальция, что приводит к образованию многих особенностей известняка, таких как сталактиты и сталагмиты. Угольная кислота представляет собой полипротонную кислоту, в частности, она дипротонна, что означает, что она имеет два протона, которые могут диссоциировать от исходной молекулы.

Когда диоксид углерода растворяется в воде, он находится в химическом равновесии (обсуждается в главе 15), образуя угольную кислоту:

\ [\ ce {CO2 + h3O <=> h3CO3} \]

Реакцию можно подтолкнуть к тому, чтобы реагенты генерировали \ (\ ce {CO2 (g)} \) из раствора, что является ключом к пузырькам, наблюдаемым в газированных напитках (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): стакан газированной воды. (CC BY-SA 3.0; Невит Дильмен).

Муравьиная кислота

Муравьиная кислота (\ (\ ce {HCO2H} \)) представляет собой простейшую карбоновую кислоту и является важным промежуточным продуктом в химическом синтезе и встречается в природе, особенно у некоторых муравьев. Слово «муравейник» происходит от латинского слова «муравей», formica, что указывает на его раннее выделение путем перегонки тел муравьев. Муравьиная кислота широко встречается в природе в виде конъюгированного с ней формиата основания.

Лимонная кислота

Лимонная кислота (\ (\ ce {C6H8O7} \)) — слабая органическая трикарбоновая кислота, которая в природе встречается в цитрусовых.Цитрат-ион является промежуточным звеном в цикле TCA (цикл Кребса), центральном метаболическом пути для животных, растений и бактерий. Поскольку это одна из наиболее сильных пищевых кислот, лимонная кислота чаще всего используется в качестве ароматизатора и консерванта в продуктах питания и напитках, особенно в безалкогольных напитках.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): лимоны, апельсины, лаймы и другие цитрусовые содержат высокую концентрацию лимонной кислоты (CC BY-SA 2.5; Андре Карват).

Ацетилсалициловая кислота

Ацетилсалициловая кислота (также известная как аспирин) — это лекарство, используемое для лечения боли, лихорадки и воспалений.Аспирин в виде листьев ивы использовался для улучшения здоровья уже не менее 2400 лет.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): шариковая модель молекулы аспирина. (Общественное достояние; Бен Миллс).

Аспирин — белое кристаллическое слабокислотное вещество.

Сводка

Был дан краткий обзор ключевых аспектов некоторых кислот, с которыми обычно сталкиваются студенты. Кислоты представляют собой особый класс соединений из-за свойств их водных растворов.

Материалы и авторство

Эта страница была создана на основе содержимого следующими участниками и отредактирована (тематически или широко) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, представлением и качеством платформы:

Что такое кислоты и основания?

Что такое кислоты и основания?

Хотя я уже говорил вам, что кислоты и основания не сложно понять, у меня плохие новости: для описания кислот и оснований используется не одно, а три общих определения: кислоты и основания Аррениуса, кислоты Бренстеда-Лоури. и основания, и кислоты и основания Льюиса.Хотя это звучит так, будто вам придется узнать о кислотах и ​​основаниях трижды, хорошая новость заключается в том, что для многих практических целей эти три определения примерно эквивалентны.

Аррениусовские кислоты и основания

Еще в конце 1800-х наш старый друг Сванте Аррениус придумал определения кислот и оснований, работая над проблемами кинетики.

Согласно Аррениусу, кислоты — это соединения, которые распадаются в воде с выделением ионов гидроксония (H ⁺ ).Типичным примером кислоты Аррениуса является соляная кислота (HCl):

Формулы кислот обычно начинаются с водорода, хотя органические кислоты являются заметным исключением. Названия и формулы некоторых распространенных кислот приведены в таблице ниже:

Название кислоты	Формула
соляная кислота	HCl
азотная кислота	HNO 3
фосфорная кислота	H 3 PO 4
серная кислота	H 2 SO 4
уксусная кислота	C 2 H 4 O 2

Основания Аррениуса определяются как соединения, которые вызывают образование гидроксид-иона при помещении в воду.Одним из примеров основания Аррениуса является гидроксид натрия (NaOH):

Основания обычно содержат «ОН» в своих формулах, хотя есть исключения. Например, аммиак (NH ₃ ) не содержит гидроксид-ионы, но образует их, когда вступает в реакцию с водой:

Названия и формулы некоторых распространенных оснований приведены в следующей таблице:

Название основания	Формула
аммиак	NH 3
гидроксид калия	KOH
бикарбонат натрия	NaHCO 3
карбонат натрия	Na 2 CO 3
гидроксид натрия	NaOH

Некоторые оксиды образуют кислоты или основания при добавлении воды.Поскольку эти соединения не содержат ионов H ⁺ или OH ^—, если они не вступают в реакцию с водой, их называют «ангидридами». Обычно оксиды неметаллов представляют собой ангидриды кислот (они образуют кислоту при помещении в воду), а оксиды металлов — ангидриды оснований (образующие основание при помещении в воду).

Кислоты и основания Брнстеда-Лоури

В начале 1900-х годов Йоханнесом Брнстедом и Томасом Лоури было предложено альтернативное определение кислот и оснований, чтобы учесть тот факт, что аммиак может нейтрализовать кислотность HCl, даже если воды нет. .Это явление показало им, что аммиак является основанием, даже когда нет воды для образования гидроксид-ионов.

Крот говорит

Есть много разных названий и формул, используемых для описания иона гидроксония. Хотя формула ранее была показана как «H ⁺ », иногда ее записывают как «H ₃ O», потому что это ион, образующийся при соединении H ⁺ с водой. Другой распространенный способ обозначать ионы гидроксония — просто назвать их «протонами». Это название происходит от того факта, что H ⁺ представляет собой атом водорода (один протон и один электрон), который потерял свой электрон, оставив после себя только голый протон.

Кислота Брнстеда-Лоури определяется как соединение, которое отдает ионы гидроксония другому соединению, например, соляная кислота отдает ионы H + соединениям, с которыми она взаимодействует. Основания Брнстеда-Лоури — это соединения, которые могут принимать ионы гидроксония — когда аммиак получает ион гидроксония из HCl, он образует ион аммония.

Следующее уравнение представляет реакцию кислоты Брнстеда-Лоури с основанием Брнстеда-Лоури:

В этой реакции азотная кислота ведет себя как кислота, потому что она отдает протон аммиаку.Аммиак действует как основание, потому что он принимает протон из азотной кислоты.

Однако, если вы посмотрите на другую сторону уравнения, мы найдем ионы нитрата и аммония. Поскольку нитрат-ион может принимать протоны от иона аммония (с образованием HNO ₃ ), нитрат-ион является очень слабым основанием Брнстеда-Лоури. Поскольку ион аммония может отдать дополнительный протон (в данном случае нитрат-ион), это кислота Брнстеда-Лоури.

Нитрат-ион основан на молекуле азотной кислоты, поэтому мы говорим, что это конъюгат основания азотной кислоты.Аналогичным образом ион аммония представляет собой конъюгат кислоты и аммиака. Вместе кислота с ее сопряженным основанием (например, HNO ₃ и NO ₃ ^—) или основание с сопряженной кислотой (например, NH ₃ и NH ₄ ⁺ ) относятся к в виде сопряженной пары кислота-основание.

Кислоты и основания Льюиса

В определении кислот и оснований Брнстеда-Лоури основание определяется как соединение, которое может принимать протон. Однако , как принимает протон?

Основания Брнстеда-Лоури имеют одну общую черту, заключающуюся в том, что они имеют неподеленную пару электронов.Когда ион гидроксония проходит мимо молекулы, иногда неподеленные пары протягивают руку и захватывают ее. Примером этого является случай, когда аммиак принимает протон в кислотном растворе:

Рис. 23.1 Аммиак может захватить протон из азотной кислоты с помощью своей неподеленной пары электронов.

Один из способов взглянуть на этот процесс состоит в том, что атом аммиака отдает свою неподеленную пару протону. Поскольку неподеленные пары управляют этой химической реакцией, у нас есть новое определение кислотности и основности, которое называется «кислотность / основность по Льюису».«Основание Льюиса представляет собой соединение, которое отдает электронную пару другому соединению (аммиак в нашем примере). Кислота Льюиса представляет собой соединение, которое принимает электронную пару (ион H ⁺ в нашем примере).

Молекулярные значения

Основания Льюиса — это химические вещества, которые могут отдавать электронные пары. Кислоты Льюиса — химические вещества, которые могут их принимать. аммиак также может реагировать со многими другими соединениями.Например, аммиак может отдать свою неподеленную пару электронов BH ₃ следующим образом:

Рис. 23.2 Неподеленная пара на аммиаке присоединяется к BH ₃ .

В этом процессе аммиак является основанием Льюиса, а BH ₃ — кислотой Льюиса.

Как правило, определение кислот и оснований Льюиса является наиболее полезным, поскольку оно является наиболее всеобъемлющим из трех определений. Например, определение кислоты по Бренстеду-Лоури включает HF, но не BH ₃ , который не теряет протон при присоединении неподеленными парами на основании Льюиса.

Выдержки из Полное руководство идиота по химии 2003 Яна Гуча. Все права защищены, включая право на полное или частичное воспроизведение в любой форме. Используется по договоренности с Alpha Books , членом Penguin Group (USA) Inc.

Чтобы заказать эту книгу непосредственно у издателя, посетите веб-сайт Penguin USA или позвоните по телефону 1-800-253-6476. Вы также можете приобрести эту книгу на Amazon.com и Barnes & Noble.

Кислоты и основания

Кислоты, основания и шкала pH

Термины кислота и основание описывают химические характеристики многих веществ, которые мы используем ежедневно.Кислые вещи кислые на вкус. Обычные или щелочные вещества имеют мыльный вкус. Сильные кислоты вызывают коррозию, а сильные основания — едкие; оба могут вызвать серьезное повреждение кожи, которое похоже на ожог. Однако слабые кислоты и основания обычны и относительно безвредны для нас. Что делает вещество кислым или основным? Следующее уравнение — хорошее место для начала:

2 H ₂ O & Равновесие; 1 H ₃ O ⁺ + 1 OH ^—

Начнем с двух молекул воды и переместим несколько атомов водорода.Одна молекула воды приобретает водород и, следовательно, принимает положительный заряд, в то время как другая молекула воды теряет атом водорода и, следовательно, становится отрицательно заряженной. H ₃ O ⁺ называется ионом гидроксония, и он делает вещи кислыми. OH ^— называется гидроксил-ионом, и он делает вещи основными. Однако в воде существует баланс между гидроксониями и гидроксилами, поэтому они нейтрализуют заряды друг друга. Чистая вода не является ни кислой, ни щелочной; это нейтрально.

Так как же что-то становится кислым или щелочным? Это происходит, когда гидроксоний и гидроксилы не сбалансированы.Если положительно заряженных гидроксониев больше, чем отрицательно заряженных гидроксилов, то вещество кислое. Если отрицательно заряженных гидроксилов больше, чем положительно заряженных гидроксониев, то вещество становится основным. pH фактически означает «потенциал (или мощность) водорода».

Примечание : Иногда люди пишут H ⁺ как сокращение для H ₃ O ⁺ , и это может вызвать путаницу, потому что иногда, когда люди пишут H ⁺ , они действительно имеют в виду только H ⁺ и не H ₃ O ⁺ .Следите за этим и попросите разъяснений!

Когда мы растворяем кислоты в воде, мы создаем избыток гидроксония. Когда мы растворяем основания в воде, мы создаем избыток гидроксилов. Вот два примера. Уксус, слабая кислота, имеет химическую формулу CH ₃ COOH. При растворении в воде он превращается в CH ₃ COO ^— и H ⁺ . Ионы H ⁺ объединяются с молекулами воды с образованием H ₃ O ⁺ , поэтому раствор становится кислым.Теперь давайте посмотрим на щелок, сильное основание с химической формулой NaOH (гидроксид натрия). Если мы добавим NaOH в воду, он диссоциирует на Na ⁺ и OH ^— . Натрий не делает ничего важного, но гидроксилы делают раствор более щелочным.

Последний вопрос: почему сильные кислоты и сильные основания такие противные? Это потому, что они не сбалансированы. У них либо слишком много положительных зарядов, и они ищут отрицательные, чтобы восстановить баланс, либо у них слишком много отрицательных зарядов, и они ищут положительные, чтобы восстановить баланс.Это заставляет их очень быстро реагировать на все, с чем они контактируют. Когда положительные и отрицательные стороны равны, они нейтрализуют друг друга.

Что такое pH ?: pH — это шкала, по которой мы измеряем силу кислот и оснований. pH обозначает потенциал водорода и является примерно отрицательным из десятичного логарифма молярной концентрации ионов водорода, поэтому pH = -log ₁₀ [H ⁺ ]

Шкала pH — это показатель кислотности по 14-балльной шкале, где 7 — нейтральная средняя точка.pH представляет собой логарифмическую шкалу (как шкала Рихтера для землетрясений), поэтому pH 4 в 10 раз более кислый, чем pH 5, и в 100 раз более кислый, чем pH 6. Вы можете купить электронные pH-метры или pH-индикатор. бумага от любой биологической или лабораторной компании-поставщика, которая может быть использована для точного измерения кислотного или основного качества веществ, которые вы хотите проверить. Попробуйте это моделирование, чтобы определить pH некоторых распространенных веществ.

Дополнительный мини-эксперимент : Сделайте свой собственный индикатор pH, используя сок красной капусты.Смешайте 2 стакана нарезанных листьев красной капусты и 1 стакан воды в кухонном комбайне или электрическом блендере, пока кусочки не станут крошечными и однородными. Процедите твердые частицы и оставьте жидкость. Если у вас нет блендера, вы также можете крупно нарезать капусту и варить ее в воде около 5 минут, пока жидкость не станет темно-фиолетовой. Эта пурпурная жидкость изменит цвет в зависимости от кислотности или щелочности веществ, которые вы хотите проверить. Добавьте около 10 капустного сока примерно к 1 столовой ложке исследуемого вещества.Какого цвета капустный сок превращается в кислоту, такую ​​как белый уксус? Какого цвета капустный сок превращается в основу, такую ​​как пищевая сода и водный раствор?

Проверьте pH различных веществ и создайте соответствующую цветовую шкалу pH. Сравните свои результаты с таблицей здесь.

Вы также можете сделать индикаторную бумагу, окунув полоски белого бумажного полотенца, кофейные фильтры или белый картон в капустный сок до пурпурного цвета. Когда фиолетовые полоски высохнут, используйте зубочистку, соломинку для соды или пипетку, чтобы нанести на полоски каплю тестового раствора.Как результаты соотносятся с вашей диаграммой pH?

Определения кислот и оснований и роль воды

Определения кислот и оснований
и роль воды

---

Свойства кислот и Основания согласно Boyle

В 1661 году Роберт Бойль резюмировал свойства кислот следующим образом: следует.

1. Кислоты имеют кислый вкус.

2. Кислоты едкие.

3. Кислоты изменяют цвет некоторых растительных красителей, например лакмус, от синего до красного.

4. Кислоты теряют кислотность при сочетании с щелочи.

Название «кислота» происходит от латинского acidus , что означает «кислый» и относится к резкому запаху и кисловатый вкус многих кислот.

Примеры: уксус кислый на вкус, потому что это разбавленный раствор. уксусной кислоты в воде. Лимонный сок кислый на вкус, потому что он содержит лимонную кислоту. Молоко скисает, когда портится, потому что образуется молочная кислота, и неприятный кисловатый запах гнилого мясо или масло можно отнести к таким соединениям, как масляная кислоты, образующиеся при порче жира.

В 1661 году Бойль резюмировал свойства щелочей следующим образом: следует.

• Щелочи кажутся скользкими.
• Щелочи меняют цвет лакмусовой бумажки с красного на синий.
• Щелочи становятся менее щелочными в сочетании с кислоты.

По сути, Бойль определил щелочи как вещества, которые потребляют, или нейтрализовать кислоты. Кислоты теряют свойственный кислый вкус и способность растворять металлы при смешивании с щелочами.Щелочи даже обращают вспять изменение цвета, которое происходит, когда лакмусовая контактирует с кислотой. Со временем стали известны щелочи. как баз , потому что они служат «базой» для делая определенные соли.

---

Аррениус Определение кислот и оснований

В 1884 году Сванте Аррениус предположил, что соли, такие как NaCl диссоциируют, когда они растворяются в воде, давая частицы, которые он называется ионов .

	H 2 O
NaCl ( с )		Na + ( водн. ) + Cl — ( водн. )

Три года спустя Аррениус расширил эту теорию, предложив что кислоты — нейтральные соединения, которые ионизируют , когда они растворяются в воде с образованием ионов H ⁺ и соответствующего отрицательный ион.Согласно его теории, хлористый водород — это кислоты, потому что она ионизируется, когда растворяется в воде, чтобы дать ионы водорода (H ⁺ ) и хлорида (Cl ^—) как показано на рисунке ниже.

	H 2 O
HCl ( г )		H + ( водн. ) + Cl — ( водн. )

Аррениус утверждал, что основания — это нейтральные соединения, которые либо диссоциировать или ионизировать в воде с образованием ионов OH ^— и положительный ион.NaOH является основанием Аррениуса, потому что он диссоциирует в вода с образованием гидроксида (OH ^— ) и натрия (Na ⁺ ) ионы.

	H 2 O
NaOH ( с )		Na + ( водн. ) + OH — ( водн. )

Аррениусовая кислота — это любое вещество, которое ионизируется при растворении в воде с образованием H ⁺ , или водород, ион.

Основание Аррениуса — это любое вещество, которое дает ОН ^— , или гидроксид, ион, когда он растворяется в воде.

Кислоты Аррениуса включают такие соединения, как HCl, HCN и H ₂ SO ₄ которые ионизируются в воде с образованием иона H ⁺ . Аррениус основания включают ионные соединения, которые содержат OH ^— ион, такой как NaOH, KOH и Ca (OH) ₂ .

Эта теория объясняет, почему кислоты обладают схожими свойствами: характерные свойства кислот возникают из-за присутствия ион H ⁺ , образующийся при растворении кислоты в воде.Это также объясняет, почему кислоты нейтрализуют основания и наоборот. Кислоты предоставить ион H ⁺ ; базы обеспечивают ОН ^— ион; и эти ионы объединяются, образуя воду.

H ⁺ ( водн. ) + OH ^— ( водн. ) H ₂ O ( л )

Теория Аррениуса имеет несколько недостатков.

• Может применяться только к реакциям, протекающим в воде. потому что он определяет кислоты и основания с точки зрения того, что происходит, когда соединения растворяются в воде.
• Это не объясняет, почему некоторые соединения, в которых водород имеет степень окисления +1 (например, HCl) растворяется в вода для получения кислых растворов, тогда как другие (например, CH ₄ ) нет.
• Только соединения, содержащие ион ОН ^— можно отнести к базам Аррениуса. Аррениус теория не может объяснить, почему другие соединения (такие как Na ₂ CO ₃ ) обладают характерными свойствами оснований.

---

Роль H ⁺ и ОН ^— Ионы в химии водных растворов

Кислород

Becuase ( EN = 3,44) намного электроотрицательнее чем водород ( EN = 2,20), электроны в HO Связи в воде не разделяются поровну между водородом и кислородом. атомы.Эти электроны притягиваются к атому кислорода в центре молекулы и от атомов водорода на любом конец. В результате молекула воды полярна . Кислород атом несет частичный отрицательный заряд (-), а атомы водорода несут частичный положительный заряд (+).

Когда они диссоциируют с образованием ионов, молекулы воды образуют положительно заряженный ион H ⁺ и отрицательно заряженный OH ^{— ион} .

Возможна и обратная реакция. Ионы H ⁺ могут объединяться с ионами OH ^— с образованием нейтральные молекулы воды.

Тот факт, что молекулы воды диссоциируют с образованием H ⁺ и ионы OH ^— , которые затем могут рекомбинировать с образованием воды молекул, указывается следующим уравнением.

---

До какой степени Вода диссоциирует с образованием ионов?

При 25 ° C плотность воды составляет 0,9971 г / см ³ , или 0,9971 г / мл. Следовательно, концентрация воды составляет 55,35 моль.

Концентрация ионов H ⁺ и OH ^— образованных диссоциацией нейтральных молекул H ₂ O при эта температура всего 1.0 x 10 ^-7 моль / л. Соотношение концентрации иона H ⁺ (или OH ^— ) концентрации нейтральных молекул H ₂ O составляет поэтому 1,8 x 10 ^-9 .

Другими словами, только около 2 частей на миллиард (ppb) молекулы воды диссоциируют на ионы при комнатной температуре. В На рисунке ниже показана модель из 20 молекул воды, одна из которых диссоциировал с образованием пары H ⁺ и OH ^— ионы.Если бы эта иллюстрация была фотографией с очень высоким разрешением структуры воды мы бы встретили пару H ⁺ и OH ^— ионов в среднем только один раз на каждые 25 миллион таких фотографий.

---

Оперативный Определение кислот и оснований

Тот факт, что вода диссоциирует с образованием H ⁺ и OH ^— ионов в обратимой реакции — основа для оперативного определение кислот и оснований, более мощное, чем определения, предложенные Аррениусом.С практической точки зрения, кислота любое вещество, повышающее концентрацию H ⁺ ион, когда он растворяется в воде. основа — любое вещество что увеличивает концентрацию иона OH ^— при растворяется в воде.

Эти определения связывают теорию кислот и оснований с простой лабораторный тест на кислоты и щелочи. Чтобы решить, будет ли соединение представляет собой кислоту или основание, мы растворяем его в воде и тестируем решение, чтобы узнать, является ли H ⁺ или OH ^— концентрация ионов увеличилась.

---

Типичные кислоты и Базы

Свойства кислот и оснований являются результатом различий между химией металлов и неметаллов, как видно из химии этих классов соединений: водород, оксиды и гидроксиды.

Соединения, содержащие водород, связанный с неметаллом, называются гидриды неметаллов . Поскольку они содержат водород в +1 степень окисления, эти соединения могут действовать как источник H ⁺ ион в воде.

Гидриды металлов , с другой стороны, содержат водород привязан к металлу. Поскольку эти соединения содержат водород в -1 степень окисления, они диссоциируют в воде с образованием H ^— (или гидридный) ион.

Ион H ^— с парой валентных электронов может абстрагировать ион H ⁺ из молекулы воды.

Поскольку удаление ионов H ⁺ из молекул воды является одним способ увеличения концентрации ионов OH ^— в раствор, гидриды металлов являются основаниями.

Аналогичный образец можно найти в химии оксидов. образованный металлами и неметаллами. Оксиды неметаллов растворяются в воде с образованием кислот. CO ₂ растворяется в воде с образованием угольная кислота, SO ₃ дает серную кислоту, а P ₄ O ₁₀ реагирует с водой с образованием фосфорной кислоты.

Оксиды металлов , напротив, являются основаниями.Металл оксиды формально содержат ион O ^2-, который реагирует с вода с образованием пары ионов OH ^— .

Таким образом, оксиды металлов соответствуют рабочему определению база.

Мы видим такую ​​же закономерность в химии соединений, которые содержат ОН, или гидроксид, группа. Гидроксиды металлов , такие как LiOH, NaOH, КОН и Са (ОН) ₂ , являются основаниями.

Гидроксиды неметаллов , такие как хлорноватистая кислота (HOCl), кислоты.

В таблице ниже обобщены тенденции, наблюдаемые в этих трех категории соединений. Гидриды металлов, оксиды металлов и металл гидроксиды — основания. Гидриды неметаллов, оксиды неметаллов и гидроксиды неметаллов — кислоты.

Типичные кислоты и основания

Кислоты	Основания
Гидриды неметаллов HF, HCl, HBr, HCN, HSCN, H 2 S	Гидриды металлов HI, LiH, NaH, KH, MgH 2 , CaH 2
Неметаллические оксиды CO 2 , SO 2 , SO 3 , НЕТ 2 , P 4 O 10	Оксиды металлов Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO
Гидроксиды неметаллов HOCl, HONO 2 , O 2 S (OH) 2 , OP (OH) 3	Гидроксиды металлов LiOH, NaOH, KOH, Ca (OH) 2 , Ba (OH) 2

Кислые атомы водорода в гидроксидах неметаллов в приведенной выше таблице не связаны с азотом, серой или атомы фосфора.В каждом из этих соединений кислый водород присоединен к атому кислорода. Таким образом, все эти соединения примеры оксикислот.

Структуры скелета для восьми оксикислот представлены на рисунке. ниже. Как правило, кислоты, содержащие кислород, имеют скелет. структуры, в которых кислые водороды присоединены к кислороду атомы.

---

Почему металл Гидроксидные основы и неметаллические гидроксиды кислоты?

Чтобы понять, почему гидроксиды неметаллов являются кислотами и металлами. гидроксиды являются основаниями, мы должны смотреть на электроотрицательность атомов в этих соединениях.Начнем с типичного металла гидроксид: гидроксид натрия

Разница между электроотрицательностями натрия и кислород очень большой ( EN = 2,5). В результате электроны в NaO облигации не делятся поровну электроны тянутся к более электроотрицательному атому кислорода. Таким образом, NaOH диссоциирует с образованием Na ⁺ и OH ^— . ионы при растворении в воде.

Мы получаем совсем другой узор, когда применяем тот же процедура для хлорноватистой кислоты, HOCl, типичного неметалла гидроксид.

Здесь разница электроотрицательностей атомы хлора и кислорода малы ( EN = 0,28). В результате электроны в ClO связь распределяется между двумя атомами более или менее поровну. ОН связь, с другой стороны, является полярной ( EN = 1,24) электроны в этой связи тянутся к более электроотрицательным атом кислорода. Когда эта молекула ионизируется, электроны в OH связь остается с атомом кислорода, а OCl ^— и H ⁺ образуются ионы.

Нет резкого перехода от металла к неметаллу в ряду или вниз по столбцу периодической таблицы. Поэтому мы должны ожидайте найти соединения, которые лежат между крайностями металла и оксиды неметаллов, или гидроксиды металлов и неметаллов. Эти соединения, такие как Al ₂ O ₃ и Al (OH) ₃ , называются амфотерными (буквально «либо или оба «), потому что они могут действовать как кислоты или основания.Al (OH) ₃ , например, действует как кислота, когда реагирует с основанием.

И наоборот, он действует как основание, когда реагирует с кислотой.

---

Br nsted Определение кислот и оснований

Модель Брнстеда или Брнстеда-Лоури основана на простом предположение: кислоты отдают ионы H ⁺ другой ион или молекула, которая действует как основание .В диссоциация воды, например, включает перенос H ⁺ ион от одной молекулы воды к другой с образованием H ₃ O ⁺ и OH ^— ионов.

Согласно этой модели, HCl не диссоциирует в воде до образуют ионы H ⁺ и Cl ⁺ . Вместо этого H ⁺ ион передается от HCl к молекуле воды с образованием H ₃ O ⁺ и ионов Cl ^— , как показано на рисунке ниже.

Поскольку это протон, ион H ⁺ составляет несколько порядков величины меньше самого маленького атома. В результате заряд на изолированном ионе H ⁺ распределяется по таким небольшое пространство, которое привлекает этот ион H ⁺ к любому источнику отрицательного заряда, который существует в растворе. Таким образом, момент образования иона H ⁺ в водный раствор, он связывается с молекулой воды.Брнстед модель, в которой ионы H ⁺ переносятся от одного иона или молекулы к другому, поэтому имеет больше смысла, чем Теория Аррениуса, которая предполагает, что ионы H ⁺ существуют в водный раствор.

Даже модель Брнстеда наивна. Каждый ион H ⁺ , который Кислота, отданная воде, на самом деле связана с четырьмя соседними молекулы воды, как показано на рисунке ниже.

Более реалистичная формула вещества, производимого при кислота теряет ион H ⁺ , следовательно, H (H ₂ O) ₄ ⁺ , или H ₉ O ₄ ⁺ .Для всех практических для целей, однако, это вещество может быть представлено как H ₃ O ⁺ ион.

Реакция между HCl и водой является основой для понимание определений кислоты Бренстеда и кислоты Бренстеда база. Согласно этой теории ион H ⁺ является передается от молекулы HCl к молекуле воды, когда HCl диссоциирует в воде.

HCl действует как донор ионов H ⁺ в этой реакции, а H ₂ O действует как акцептор ионов H ⁺ .Кислота Brnsted является поэтому любое вещество (такое как HCl), которое может отдавать H ⁺ ион к основанию. База Brnsted — это любое вещество (например, H ₂ O), который может принимать ион H ⁺ из кислота.

Существует два способа присвоения имени H ⁺ ion. Некоторые химики называют это ионом водорода; другие называют это протоном. Как В результате кислоты Бренстеда известны как ион водорода . доноров или доноров протонов .Основания Брнстеда — это водород-ионных акцепторы или акцепторы протонов .

С точки зрения модели Брнстеда, реакции между кислоты и основания всегда подразумевают перенос H ⁺ ион от донора протона до акцептора протона. Кислоты могут быть нейтральные молекулы.

Они также могут быть положительными ионами

или отрицательные ионы.

Таким образом, теория Брнстеда расширяет число потенциальных кислоты.Это также позволяет нам решить, какие соединения являются кислотами из их химические формулы. Любое соединение, содержащее водород с степень окисления +1 может быть кислотой. Кислоты Бренстеда включают HCl, H ₂ S, H ₂ CO ₃ , H ₂ PtF ₆ , NH ₄ ⁺ , HSO ₄ ^— и HMnO ₄ .

базы Брнстеда можно идентифицировать по их структурам Льюиса. Согласно модели Брнстеда, основанием является любой ион или молекула который может принимать протон.Чтобы понять последствия этого определения, посмотрите, как прототипная база, OH ^— ион, принимает протон.

Единственный способ принять ион H ⁺ — это сформировать ковалентная связь с ним. Для образования ковалентной связи с H ⁺ иона, не имеющего валентных электронов, база должна обеспечивать оба электроны, необходимые для образования связи.Таким образом, только соединения, которые имеют пары несвязывающих валентных электронов, могут действовать как H ⁺ -ион акцепторы или базы Бренстеда.

Следующие ниже соединения, например, могут действовать как Brnsted оснований, потому что все они содержат несвязывающие пары электронов.

Модель Брнстеда расширяет список потенциальных баз до включают любой ион или молекулу, которая содержит одну или несколько пар несвязывающие валентные электроны.Брнстедовское определение базы применимо к такому количеству ионов и молекул, что почти легче подсчитывать вещества, такие как следующие, которые нельзя Бренстед основания, потому что у них нет пар несвязывающей валентности электроны.

---

Роль воды в Теория Брнстеда

Теория Брнстеда объясняет роль воды в кислотно-щелочном реакции.

• Вода диссоциирует с образованием ионов за счет переноса H ⁺ ион от одной молекулы, действующий как кислота к другой молекула, выступающая в качестве основы.

H 2 O ( л )	+	H 2 O ( л )		H 3 O + ( водн. )	+ ОН — ( водн. )
кислота		база

• Кислоты реагируют с водой, отдавая ион H ⁺ к нейтральной молекуле воды с образованием H ₃ O ⁺ ион.

HCl ( г )	+	H 2 O ( л )		H 3 O + ( водн. )	+ Класс — ( водн. )
кислота		база

• Основания реагируют с водой, принимая ион H ⁺ из молекулы воды с образованием иона OH ^— .

NH 3 ( водн. )	+	H 2 O ( л )		NH 4 + ( водн. )	+ ОН — ( водн. )
основание		кислота

• Молекулы воды могут действовать как промежуточные соединения в кислотно-основных реакции с получением ионов H ⁺ из кислоты

HCl ( г )

+

H 2 O ( л )

H 3 O + ( водн. )

+ Класс — ( водн. )

, а затем теряет эти ионы H ⁺ на основание.

NH 3 ( водн. )

+

H 3 O + ( водн. )

NH 4 + ( водн. )

+ H 2 O ( л )

Модель Брнстеда может быть расширена на кислотно-основные реакции в другие растворители.Например, в жидкости наблюдается небольшая тенденция аммиак для переноса иона H ⁺ из одного NH ₃ молекулы к другой с образованием NH ₄ ⁺ и NH ₂ ^— ионы.

2 NH 3

NH 4 +

+ NH 2 —

По аналогии с химией водных растворов делаем вывод что кислоты в жидком аммиаке включают любой источник NH ₄ ⁺ ион и эти основания включают любой источник NH ₂ ^— ион.

Модель Брнстеда может быть расширена даже на реакции, которые не встречаются в растворе. Классический пример газовой фазы кислотно-щелочная реакция встречается, когда открытые емкости с концентрированная соляная кислота и водный раствор аммиака друг другу. Вскоре образуется белое облако хлорида аммония, газообразный HCl, выходящий из одного раствора, вступает в реакцию с NH ₃ газ от другого.

HCl ( г )

+ NH 3 ( г )

NH 4 Cl ( с )

Эта реакция включает перенос иона H ⁺ от HCl до NH ₃ и, следовательно, является кислотно-основным реакция, даже если она происходит в газовой фазе.

Кислоты / Основания — Американское химическое общество

Бесплатные статьи

Химия плавательных бассейнов

Апрель 1983 г.

Автор: Неизвестно
Химические связи: Кислоты / Основания, Равновесие
Описание: Обсуждает базовый химический состав химических веществ, добавляемых в плавательный бассейн для контроля роста бактерий и других растворенных загрязнителей. Подробно рассматривается роль хлора, гипохлорита натрия, хлорноватистой кислоты и иона водорода (H ⁺ ) в системе равновесия плавательного бассейна.Описывает роль ионов водорода в определении pH. Включает студенческий эксперимент с использованием красной капусты для определения кислотности. Весь этот выпуск, апрель 1983 года, посвящен химии кислот и оснований, а также другим темам: антациды, шампунь и pH, кислотный дождь и концепция кислотно-щелочного баланса. К этой статье не было подготовлено никакого Руководства для учителя.

24 часа: еда в пути

Февраль 2012 г.

Автор: Брайан Рориг
Химические связи: Кислоты / Основания, реакции
Описание: Подробно обсуждает процесс обработки пищи в организме, включая прием пищи, переваривание, всасывание и выведение.Обсуждает ферменты (биологические катализаторы) в слюне, используя карбоангидразу (не из слюны) в качестве примера эффективности катализируемых химических реакций. Объясняет роль соляной кислоты в пищеварении — не для расщепления пищи, а для создания кислой среды, в которой могут работать пищеварительные ферменты (желудочный сок). Обсуждает «изжогу» и средства от нее — нейтрализацию желудочного сока с помощью антацидов. Также охватывает функции поджелудочной железы, желчного пузыря, тонкой кишки, толстой и толстой кишки.Это химия на всем протяжении пищеварительного тракта!

Воронки: химия углубляется

Апрель / май 2014 г.

Автор: Брайан Рориг
Химические связи: Кислоты / Основания, Растворы, Реакции
Описание: Вводит воронки с несколькими актуальными новостными сообщениями. Описывает, что такое воронки, их причины и как они образуются. Обсуждает геологию, химию и химические реакции кислотных дождей и кислых органических материалов, реагирующих с карбонатными породами; е.g., известняк, для образования подземных пещер, которые затем оседают или разрушаются, образуя воронки. Включает в реакции ионы диоксида углерода, угольной кислоты, водорода и гидрокарбоната, определяя ионы водорода как те, которые ответственны за кислотные условия. Показывает карту мира, на которой показано, где обнаружены карбонатные породы — области, склонные к образованию провалов. Описывает предупреждающие знаки, предшествующие образованию провала, и устройства проверки / обнаружения, которые можно использовать для его обнаружения.

Kitty Litter Chem

Октябрь 2005 г. (стр. 12–14)

Автор: Аманда Ярнелл
Химические связи: Кислоты / Основания, Связующие, Твердые / Жидкие / Газы, Растворы
Описание: Обсуждается относительно короткая история наполнителей для кошачьих туалетов (<60 лет) и четыре основных типа наполнитель для кошачьих туалетов - земля Фуллера, бентонит (монтмориллонит), силикагели и материалы растительного происхождения, такие как Swheat Scoop.Рассказывает о химии каждого типа, включая контроль запаха (путем протонирования Nh4 до Nh5 +, абсорбентов, ароматизаторов и антибактериальных агентов) и комкование глин (поглощение воды между слоями глины, вызывающее набухание глины). Показаны молекулярные модели монтмориллонита до и после добавления воды.

Лаборатория на палочке

Октябрь 2004 г. (стр. 9–12)

Автор: Кристен Браунли
Химические связи: Кислоты / Основания, История / Биография, Органический / Биохимический, Реакции, Растворы
Описание: Перечисляет попытки найти простой в использовании колориметрический анализ мочи на диабет.Включает в себя ранние химические испытания, от использования реагента сульфат меди (II)-гидроксид натрия-аммиак, до прогресса, достигнутого Уолтером Комптоном, который объединил реагенты в форме таблеток (называемых Clinitest), до модификации, сделанной Helen и Al Free, которая была таблетка, которая проверяла мочу на кетоновые тела. Описывает тест с бумажными полосками, также разработанный Frees, который использует ферменты глюкозы для определения сахара в моче. В конце концов, бумажная полоска, разработанная Фрисом, содержала десять тестов на одной полоске.Тест-полоски называются Multistix-10SG. В статье представлены фотографии тест-полосок. За статьей следует интервью с Хелен Фри.

Жизнь в теплице

Октябрь 2003 г. (стр. 18–21)

Автор: Хелен Херлокер
Химические связи: Кислоты / Основания, Равновесие, Реакции, Устойчивость
Описание: Объясняет парниковый эффект; роль атмосферных химикатов, поглощающих инфракрасное излучение. Диоксид углерода, водяной пар, метан, закись азота, озон, дихлордифторметан, трихлорфторметан перечислены с указанием их относительной эффективности в поглощении инфракрасного излучения.Диаграммы прилагаются.

Кислоты и Основания

Определение Бронстеда-Лоури (1923) — Определение кислот и оснований с участием ионов водорода и гидроксида соответственно слишком ограничивает. Более широкое определение было предложено Бронстедом. и Лоури в 1923 году. Главный эффект определения — увеличение количество веществ, выступающих в роли оснований.

Кислота	База
Отдает ионы водорода	Принимает ионы водорода.
HCl +	HOH —>	H 3 O + + Класс —
HOH +	NH 3 —>	NH 4 + + OH —

Определение вещества как кислоты Бренстеда-Лоури или базу можно сделать только наблюдая за реакцией.В этом случае HOH это основание в первом случае и кислота в второй случай.

Ссылка на звонок анимация переноса иона аммония в воду — Джереми Харви, Бристольский университет, Англия

См. Пример на рисунке слева:

Чтобы определить, является ли вещество кислотой или основанием, посчитайте водороды в каждом веществе до и после реакции.