Основные способы получения кислот

Урок: Кислоты

Классификация кислот

Кислоты – это вещества молекулярного строения. Атомы в молекулах кислот связаны ковалентными полярными связями. Чем больше поляризована связь между атомом водорода, способным отщепляться, и электроотрицательным атомом (кислорода, серы или атомом галогена), то тем более эта связь склонна диссоциировать по гетеролитическому пути. А значит, тем больше в растворе будет катионов водорода и тем кислее будет среда. Большое значение имеет не только полярность, но и поляризуемость связи. Поляризуемость – это способность связи поляризоваться под действием определенных реагентов. Например, молекул воды.

Классификация кислот

Классификация кислот по содержанию атомов кислорода, по количеству атомов водорода, по растворимости и другим признакам. См. Табл. 1.

Признаки классификации	Группы кислот	Пример
Наличие кислорода	Кислородсодержащие	Н2SO4, HNO3
Бескислородные	Н2S, HCl
Основность (число атомов водорода, способных замещаться на металл)	Одноосновные	HNO3, HCl
Двухосновные	Н2S, Н2CO3
Трёхосновные	H3PO4
Растворимость	Растворимые	Н2SO4, HNO3
Нерастворимы	Н2SiO3
Летучесть	Летучие	HCl
Нелетучие	Н2SO4
Степень электролитической диссоциации	Сильные	Н2SO4, HNO3, HCl
Слабые	Н2S, Н2CO3
Стабильность	Стабильные	H3PO4, Н2SO4, HCl
Нестабильные	Н2CO3, Н2SO3

Табл. 1.

Химические свойства кислот

1. Реакция с металлами.

Металлы, расположенные в ряду напряжений металлов (Рис. 1.) до водорода, вытесняют водород из кислот.

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑

Рис. 1.

С концентрированной азотной и серной кислотой реакции идут за счет анионного остатка. Водород не выделяется. Рис. 2.

Cu + 4HNO_3(конц) = Cu (NO₃)₂ + 2NO₂↑ + H₂O

Cu + 2H₂SO_4(конц) = Cu SO₄ + SO₂↑ + H₂O

Рис. 2

2. Реакция с основными и амфотерными оксидами с образованием соли и воды.

K₂O+ HNO₃ = KNO₃ + H₂O

Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

3. Реакция с солями. Кислоты реагируют с растворами солей, если в результате реакции один из продуктов выпадает в осадок, поскольку образование нерастворимых соединений смещает равновесие вправо и делает её практически необратимой.

Н₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ +2 HCl

H₂CO₃ + BaCl₂ = BaCO₃↓ +2 HCl

4. Реагируют с основаниями и амфотерными гидроксидами.

KOН+ HNO₃ = KNO₃ + H₂O

Al(OН)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O

NaOH + HNO₃ = NaNO₃ + H₂O

5. Обнаружение кислот при помощи кислотно-основных индикаторов.

В кислой среде лакмус приобретает красную окраску. Метиловый оранжевый – красную, а фенолфталеиновый – бесцветный.

Рис. 3

Получение кислот

Подведение итога урока

В ходе урока были изучены такие неорганические соединения, как кислоты. Вы узнали о классификации кислот, их химических свойствах и методах получения.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБЩИЕ С ДРУГИМИ КИСЛОТАМИ

1. Очень сильная кислота. Индикаторы в её растворе изменяют цвет на красный.

Диссоциирует в водном растворе практически нацело:

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

Изменение цветов индикаторов в кислотах

Реагирует с основаниями

HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O

H⁺ + NO₃^- + Na⁺ + OH^- → Na⁺ + NO₃^- + H₂O

H⁺ + OH^- → H₂O

Реагирует с неметаллами.

Азотная кислота превращается в NO (или в NO₂); неметаллы окисляются до соответствующих кислот:

Видео "Взаимодействие азотной кислоты с углем"

S⁰ + 6HNO₃(конц) → H₂S⁺⁶O₄ + 6NO₂ + 2H₂O

B⁰ + 3HNO₃ → H₃B⁺³O₃ + 3NO₂

3P⁰ + 5HNO₃ + 2H₂O → 5NO + 3H₃P⁺⁵O₄

HNO ₃ (конц.) + неметалл = окисление неметалла до кислоты в высшей степени окисления + NO ₂ + вода

HNO ₃ (разбав.) + неметалл + вода = окисление неметалла до кислоты в высшей степени окисления + NO

 

 

ВИДЕО - ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Видео - Эксперимент " Индикаторы в азотной кислоте"

Видео - Эксперимент "Действие азотной кислоты на белки"

Видео - Эксперимент "Действие азотной кислоты на бумагу и солому"

Видео - Эксперимент "Взаимодействие меди с азотной кислотой"

Видео - Эксперимент "Свойства азотной кислоты"

Видео - Эксперимент "Взаимодействие азотной кислоты с металлами"

Видео - Эксперимент "Взаимодействие безводной азотной кислоты с белым фосфором"

Видео - Эксперимент "Взаимодействие безводной азотной кислоты с углем"

Видео - Эксперимент "Взаимодействие безводной азотной кислоты со скипидаром"

Видео - Эксперимент "Окислительные свойства азотной кислоты"

 

Урок: Кислоты

Классификация кислот

Кислоты – это вещества молекулярного строения. Атомы в молекулах кислот связаны ковалентными полярными связями. Чем больше поляризована связь между атомом водорода, способным отщепляться, и электроотрицательным атомом (кислорода, серы или атомом галогена), то тем более эта связь склонна диссоциировать по гетеролитическому пути. А значит, тем больше в растворе будет катионов водорода и тем кислее будет среда. Большое значение имеет не только полярность, но и поляризуемость связи. Поляризуемость – это способность связи поляризоваться под действием определенных реагентов. Например, молекул воды.

Классификация кислот

Классификация кислот по содержанию атомов кислорода, по количеству атомов водорода, по растворимости и другим признакам. См. Табл. 1.

Признаки классификации	Группы кислот	Пример
Наличие кислорода	Кислородсодержащие	Н2SO4, HNO3
Бескислородные	Н2S, HCl
Основность (число атомов водорода, способных замещаться на металл)	Одноосновные	HNO3, HCl
Двухосновные	Н2S, Н2CO3
Трёхосновные	H3PO4
Растворимость	Растворимые	Н2SO4, HNO3
Нерастворимы	Н2SiO3
Летучесть	Летучие	HCl
Нелетучие	Н2SO4
Степень электролитической диссоциации	Сильные	Н2SO4, HNO3, HCl
Слабые	Н2S, Н2CO3
Стабильность	Стабильные	H3PO4, Н2SO4, HCl
Нестабильные	Н2CO3, Н2SO3

Табл. 1.

Химические свойства кислот

1. Реакция с металлами.

Металлы, расположенные в ряду напряжений металлов (Рис. 1.) до водорода, вытесняют водород из кислот.

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑

Рис. 1.

С концентрированной азотной и серной кислотой реакции идут за счет анионного остатка. Водород не выделяется. Рис. 2.

Cu + 4HNO_3(конц) = Cu (NO₃)₂ + 2NO₂↑ + H₂O

Cu + 2H₂SO_4(конц) = Cu SO₄ + SO₂↑ + H₂O

Рис. 2

2. Реакция с основными и амфотерными оксидами с образованием соли и воды.

K₂O+ HNO₃ = KNO₃ + H₂O

Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

3. Реакция с солями. Кислоты реагируют с растворами солей, если в результате реакции один из продуктов выпадает в осадок, поскольку образование нерастворимых соединений смещает равновесие вправо и делает её практически необратимой.

Н₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ +2 HCl

H₂CO₃ + BaCl₂ = BaCO₃↓ +2 HCl

4. Реагируют с основаниями и амфотерными гидроксидами.

KOН+ HNO₃ = KNO₃ + H₂O

Al(OН)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O

NaOH + HNO₃ = NaNO₃ + H₂O

5. Обнаружение кислот при помощи кислотно-основных индикаторов.

В кислой среде лакмус приобретает красную окраску. Метиловый оранжевый – красную, а фенолфталеиновый – бесцветный.

Рис. 3

Получение кислот

Основные способы получения кислот

1. Бескислородные кислоты можно получить из простых веществ.

H₂ + Cl₂ 2HCl

H₂ + S H₂S

2. Кислородсодержащие кислоты можно получить гидратацией соответствующих кислотных оксидов.

N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

3. Получение кислот вытеснением слабых кислот сильными, летучих – нелетучими, растворимых – нерастворимыми. Например, сильная соляная кислота вытесняет слабую уксусную из растворов их солей.

СH3COONa + HCl = CH3COOH + NaCl

NaСl (тв.) + H₂SO₄= NaНSO₄ + HCl↑

4. Кислоты можно получить при гидролизе некоторых солей или галогенидов.

Al₂ S₃ +6 H₂O → 2Al (OH)₃↓+ 3H₂S↑

PCl₅ + H₂O → H₃PO₄ + 5HCl

Теории кислот и оснований

Рис. 4.

Существует большое количество теорий кислот и оснований. Одна из первых – это появившаяся в конце XVIII века благодаря Антуану Лавуазье (рис. 4), согласно которой кислотные свойства связывались с наличием в веществе кислорода. Именно благодаря этой теории появилось название элемента №8 (кислород – рождающий кислоты). Но эта гипотеза очень быстро доказала свою несостоятельность, когда стал известен целый ряд кислот, не содержащих кислород, например галогеноводородные кислоты.

Рис. 5.

Теория кислот и оснований Сванте Аррениуса (рис. 5). Она базируется на теории электролитической диссоциации. Согласно ей, кислоты – это вещества, образующие в водном растворе гидратированные ионы водорода и анионы кислотного остатка. А соответственно, основания – это вещества, диссоциирующие в водном растворе на катионы металла и анионы гидроксогруппы.

Теория Брёнстеда и Лоури. Согласно этой теории, кислоты – это молекулы или ионы, которые в данной реакции являются донорами протонов, а основания – это молекулы или ионы, которые принимают протоны, т. е. акцепторы.

В органической химии существует теория Льюиса (рис. 6). Кислота – это молекула или ион, имеющая вакантные валентные орбитали, вследствие чего они способны принимать электронные пары, например, ионы водорода, ионы металлов, некоторые оксиды, а также ряд солей. Кислоты Льюиса, не содержащие ионов водорода, называются апротонными. Протонсодержащие кислоты рассматриваются, как частный случай класса кислот.

Рис. 6.

Основание по теории Льюиса – это молекула или ион, способные быть донорами электронных пар: все анионы, аммиак, амины, вода, спирты, галогены.

Пример реакции между кислотами и основаниями Льюиса.

AlCl₃+ Cl^- → Cl₄^-

Это взаимодействие лежит в основе галогенирования ароматических соединений.

Теория Усановича (Рис. 7). В этой теории кислота – это частица, которая способна отщеплять катионы или присоединять анионы. Соответственно, основание наоборот. Этой теорией пользуются очень редко, потому что она получилась слишком общей. Согласно ей, любые взаимодействия с участием ионов можно свести к кислотно-основным. А это не очень удобно.

Рис. 7.

Константа диссоциации

Для количественной характеристики того, как кислота диссоциирует на ионы, кроме понятия степени электролитической диссоциации используют понятие константа диссоциации. Константа диссоциации – это вид константы равновесия, которая показывает склонность некоторого большого объекта (кислоты, соли или комплексного соединения) обратимо диссоциировать с образованием более маленьких объектов. Константа диссоциации определяется как произведение концентраций ионов в степени их стехиометрических коэффициентов, делённое на недиссоциированную форму.

В случае диссоциации вещества с многовалентными ионами, диссоциация происходит ступенчато. Для каждой ступени существует собственное значение константы диссоциации.

Пример диссоциации трехосновной борной кислоты H ₃ BO ₃.

I ступень: Н₃ВО₃ ↔ Н⁺ + Н₂ВО₃^-

I ступень: Н₂ВО₃^- ↔ Н⁺ + НВО₃^2-

I ступень: НВО₃^2- ↔ Н⁺ + ВО₃^3-

Выражение констант диссоциации по каждой из этих ступеней будет выглядеть так:

Из значения констант диссоциации делаем вывод, что многоосновные вещества в основном диссоциируют по первой ступени.

Неорганические кислоты в организме человека

В организме человека большую роль играют три неорганических кислоты. Это – фосфорная кислота, угольная и соляная. Фосфорная кислота входит в состав буферных систем крови. Буферными называются такие растворы, которые при добавлении небольших количеств кислот или оснований изменяют свой водородный показатель рН. Эти системы нужны для того, чтобы поддерживать кислотность крови в определенном и довольно узком интервале. Остатки фосфорной кислоты входят в остатки многих биологически активных веществ, например нуклеиновых кислот и многих ферментов. Наши кости состоят из гидроксида фосфата кальция Сa₁₀(PO₄)₆(OH)₂ или гидроксиапатита кальция, а зубы включают в себя фторапатит кальция Сa₁₀(PO₄)₆F₂. Рис. 8.

Рис. 8.

Угольная кислота также входит в состав буферных систем крови. За счёт действия легких такие системы можно быстро и легко регулировать и можно варьировать количество углекислого газа в крови.

Соляная кислота содержится в желудочном соке. Она способствует денатурации и набуханию белков, что облегчает их последующее расщепление ферментами. Она создает кислую среду, необходимую для действия ферментов. Она ответственна за антибактериальную среду желудочного сока.

Подведение итога урока

В ходе урока были изучены такие неорганические соединения, как кислоты. Вы узнали о классификации кислот, их химических свойствах и методах получения.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБЩИЕ С ДРУГИМИ КИСЛОТАМИ

1. Очень сильная кислота. Индикаторы в её растворе изменяют цвет на красный.

Диссоциирует в водном растворе практически нацело:

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

Изменение цветов индикаторов в кислотах