§ 29. Общие свойства кислот

Определения и обозначения

Кислота — сложное вещество, состоящее из атомов водорода и кислотного остатка. Например, формула соляной кислоты — HCl, а серной — H₂SO₄. Число атомов водорода может быть разным: в HCl он один, в H₂SO₄ — два. Состав кислоты помогает определить, какой остаток войдёт в состав образующейся соли.

Кислотный остаток — часть молекулы кислоты, остающаяся после отделения атомов водорода. В HCl это Cl, а в H₂SO₄ — SO₄. Число атомов водорода в формуле связано с зарядом остатка: например, остатку SO₄ соответствуют два атома водорода. Это понятие нужно, чтобы правильно составлять формулы солей.

Индикатор — вещество, меняющее окраску в зависимости от среды раствора. Лакмус в кислой среде становится красным, поэтому его используют для обнаружения кислотной среды. Окраска не указывает, какая именно кислота находится в растворе. Индикатор помогает распознать среду, а не установить полный состав вещества.

Ряд активности металлов — последовательность металлов, расположенных по убыванию их способности вступать в химические реакции. В этом ряду водород служит границей: металлы перед ним обычно вытесняют водород из кислот, а стоящие после него — обычно нет. Сравнив металл с водородом в ряду, можно заранее предположить, будет ли выделяться газ. Однако учитывают также свойства металла и кислоты.

Как это устроено

Разные кислоты имеют разные кислотные остатки, но их растворы проявляют сходные свойства. Причина в том, что при растворении кислоты в воде появляются ионы водорода, общие для всех кислот. Именно присутствие этих ионов объясняет характерные изменения окраски индикаторов и многие реакции. Кислотный остаток при этом определяет, какая соль может получиться в реакции.

Индикатор реагирует на свойства среды и меняет окраску характерным образом: например, синий лакмус в кислой среде краснеет. У других индикаторов будут свои цветовые изменения. Это качественный признак, то есть способ распознать кислую среду, а не уравнение отдельной реакции кислоты с лакмусом. Поэтому по одной окраске нельзя определить, какая именно кислота растворена.

Металл, расположенный до водорода в ряду активности, при подходящих условиях может вытеснить водород из кислоты. В результате образуются соль и газообразный водород: атомы металла занимают место водорода в составе соли. Например, магний реагирует с соляной кислотой с выделением водорода. Нельзя считать, что все металлы реагируют одинаково: значение имеют активность металла и свойства кислоты.

Основный оксид и основание — разные виды веществ, хотя оба способны реагировать с кислотами с образованием соли и воды. Основный оксид состоит из металла и кислорода, например CuO, а основание содержит гидроксидную группу, например NaOH. В этих реакциях частицы кислоты взаимодействуют с составными частями исходного вещества, и вода образуется из водорода кислоты и кислорода оксида или гидроксидной группы. Поэтому в уравнении обязательно указывают и соль, и воду.

При взаимодействии кислоты с солью части веществ обмениваются составными частями. Однако обмен не всегда приводит к заметному результату: если все продукты остаются растворёнными и не превращаются в воду или газ, реакция обычно не идёт до конца. Её протекание поддерживает образование осадка, газа или воды — продукта, который удаляется из раствора или выделяется из него. Например, карбонат с кислотой даёт углекислый газ и воду, поэтому появляются пузырьки газа.

Общие свойства кислот

В таблице собраны типичные взаимодействия кислот и условия, по которым можно предсказать или заметить их протекание. Примеры показывают один из возможных вариантов реакции; при составлении уравнения проверьте формулы веществ и расставьте коэффициенты. Для строки об индикаторе указан признак изменения окраски, а не химическое уравнение.

Разбор задач

1. Изменение окраски лакмуса

Условие. Определить, как изменится окраска синего лакмуса при добавлении раствора соляной кислоты. Нужно применить правило действия индикатора в кислой среде, а не пытаться подобрать для лакмуса уравнение реакции. Соляная кислота образует кислый водный раствор.

1. Определяем среду: добавленный раствор соляной кислоты создаёт кислую среду.
2. Вспоминаем характерное изменение индикатора: синий лакмус в кислоте краснеет.
3. Формулируем наблюдение: после добавления кислоты окраска перестанет быть синей и станет красной.

Ответ: синий лакмус покраснеет. Это наблюдение позволяет распознать кислую среду, но не определить, что кислота именно соляная.

2. Реакция магния с соляной кислотой

Условие. Записать уравнение реакции магния с соляной кислотой и назвать продукты. Сначала проверим, может ли металл вытеснить водород, затем составим формулы веществ. После этого уравняем число атомов каждого элемента.

1. Магний стоит до водорода в ряду активности, поэтому он вытесняет водород из кислоты.
2. Соль образуется из магния и хлора: формула хлорида магния — MgCl₂. Второй продукт — водород H₂.
3. Записываем схему Mg + HCl → MgCl₂ + H₂. Справа два атома хлора, поэтому ставим коэффициент 2 перед HCl.
4. Проверяем: по обе стороны один атом Mg, два атома Cl и два атома H. Уравнение Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑ уравнено.

Ответ: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑; продукты — хлорид магния и водород. Стрелка вверх показывает выделение газа.

3. Карбонат натрия и соляная кислота

Условие. К раствору карбоната натрия добавили соляную кислоту. Требуется записать уравнение и назвать признак протекания реакции. Здесь реагирует кислота с солью, а карбонатный остаток приводит к появлению углекислого газа и воды.

1. Определяем возможную соль: натрий соединяется с хлором, поэтому образуется NaCl.
2. При взаимодействии карбоната с кислотой также образуются вода и CO₂. Записываем схему Na₂CO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂.
3. Уравниваем натрий: ставим 2 перед NaCl. Для двух атомов хлора ставим 2 перед HCl.
4. Проверяем атомы: слева два Na, два H, один C, три O и два Cl; справа их столько же. Получаем Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑.

Ответ: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂↑. О реакции можно судить по пузырькам выделяющегося углекислого газа.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что любая кислота реагирует с любым металлом. Так думают, потому что в общих схемах часто показывают выделение водорода. Но обычно водород вытесняют металлы, стоящие до него в ряду активности, и свойства самой кислоты тоже имеют значение. Проверьте положение металла в ряду и не переносите результат одной реакции на все металлы.

Ошибка: записывать для реакции кислоты с основанием только соль. Причина — внимание к тому, что основание и кислота дают новое соединение, без проверки всех атомов. При такой реакции образуется также вода: кислота + основание → соль + вода. Проверьте, что в правой части уравнения присутствуют оба продукта.

Ошибка: путать кислоту с кислым раствором. Кислота — вещество с определённым составом, а кислый раствор образуется, когда кислота растворена в воде. Общие свойства, например действие на индикатор, проявляются именно в водном растворе, где есть ионы водорода. Чтобы проверить себя, различайте название вещества и характеристику среды раствора.

Ошибка: считать, что любая реакция кислоты с солью обязательно идёт до конца. Обмен веществ сам по себе ещё не гарантирует заметного результата, если продукты остаются в растворе. Обычно реакция протекает до конца, когда образуется газ, осадок или вода. Перед тем как записать её как происходящую, проверьте, появляется ли хотя бы один из этих продуктов.

Связь с другими темами

Чтобы разбирать свойства кислот, нужны знания об их составе, формулах оснований, оксидов и солей, а также навыки составления уравнений реакций. Ряд активности металлов помогает сравнивать химическую активность металлов и предсказывать, будет ли выделяться водород из кислоты. Эти реакции связывают классы неорганических веществ: кислоты взаимодействуют с оксидами, основаниями и солями. Такие знания пригодятся при изучении способов получения солей и взаимных превращений веществ.

Что запомнить

• Кислоты — сложные вещества, содержащие атомы водорода и кислотный остаток.
• Общие свойства растворов кислот связаны с присутствием ионов водорода.
• В кислой среде индикаторы меняют окраску характерным образом.
• Металлы до водорода в ряду активности могут вытеснять водород из кислот.
• При реакции кислоты с основным оксидом или основанием образуются соль и вода.
• Реакция кислоты с солью обычно идёт, если образуется газ, осадок или вода.