"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
При взаимодействии основания с кислотой гидроксогруппы OH в составе основания заменяются кислотными остатками, а атомы водорода кислоты соединяются с OH и образуют воду. В результате получаются соль и вода — такая реакция называется нейтрализацией. Чтобы правильно записать её уравнение, нужно учитывать число гидроксогрупп, заряды ионов и закон сохранения атомов: индексы в формулах не меняют, а коэффициенты подбирают.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Основание — сложное вещество, состоящее из катиона металла и одной или нескольких гидроксогрупп OH. Число групп показывает, сколько атомов водорода кислоты может участвовать в их замещении. Например, в NaOH одна группа OH, а в Cu(OH)₂ — две: цифра 2 относится ко всей группе в скобках.
Гидроксогруппа — группа атомов OH в составе основания, которая при реакции с кислотой замещается кислотным остатком. Атомы водорода кислоты при этом соединяются с OH и образуют воду. Подсчёт гидроксогрупп помогает определить, сколько кислоты потребуется и сколько воды получится.
Кислотный остаток — атом или группа атомов, остающиеся от кислоты после отщепления атомов водорода. Например, от HCl остаётся Cl⁻, а от H₂SO₄ — SO₄²⁻. Заряд остатка учитывают вместе с зарядом катиона металла, чтобы составить формулу соли с нулевым суммарным зарядом.
Соль — сложное вещество, состоящее из катиона металла и кислотного остатка. Она образуется, когда кислотные остатки замещают гидроксогруппы основания, а водород кислоты образует воду. Поэтому формулу соли сначала составляют по зарядам её ионов, а не по числу молекул реагентов.
Когда основание встречается с кислотой, их части взаимодействуют: гидроксогруппы OH основания соединяются с атомами водорода кислоты. Так образуется вода, а место гидроксогруппы занимает кислотный остаток. Этот обмен частями объясняет, почему среди продуктов реакции появляются одновременно соль и вода.
Число молекул кислоты и воды связано с числом гидроксогрупп в формуле основания. Каждой группе OH нужен один атом водорода, чтобы получилась молекула H₂O. Поэтому для одной молекулы Cu(OH)₂ требуются две молекулы HCl: у основания две группы OH, а каждая молекула HCl даёт один атом водорода.
Формулу соли составляют по зарядам катиона металла и кислотного остатка, поскольку частица соли в целом должна быть нейтральной. Например, ионы Cu²⁺ и SO₄²⁻ компенсируют заряды друг друга в соотношении 1:1, поэтому получается CuSO₄. Если заряды не равны по модулю, индексы показывают, сколько ионов каждого вида нужно для равновесия зарядов.
После того как записаны формулы исходных веществ и продуктов, уравнение проверяют по количеству атомов. Если какого-либо элемента слева и справа разное число, перед формулами ставят коэффициенты, меняя количество частиц. Индексы внутри формул не трогают: их изменение означало бы, что записано уже другое вещество.
Реакцию основания с кислотой, в которой образуются соль и вода, называют реакцией нейтрализации. Её общая схема: основание + кислота → соль + вода. Чтобы записать конкретную реакцию, нужно определить формулу соли, учесть число гидроксогрупп, затем уравнять получившееся уравнение.
В таблице показано, как число гидроксогрупп связано с количеством кислоты и воды в реакциях с соляной кислотой. Формулу соли в каждом примере проверяйте по зарядам катиона металла и кислотного остатка. Затем убедитесь, что число атомов каждого элемента в уравнении слева и справа одинаково.
| Основание | Кислота | Формула соли | Уравнение реакции | Число молекул воды |
|---|---|---|---|---|
| NaOH | HCl | NaCl | NaOH + HCl → NaCl + H₂O | 1 |
| Cu(OH)₂ | HCl | CuCl₂ | Cu(OH)₂ + 2HCl → CuCl₂ + 2H₂O | 2 |
| Al(OH)₃ | HCl | AlCl₃ | Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O | 3 |
Задача 1. Запишите и уравняйте реакцию гидроксида натрия с соляной кислотой. Сначала определим ионы будущей соли: основание даёт катион Na⁺, а кислота — кислотный остаток Cl⁻. Заряды компенсируются в соотношении 1:1, поэтому формула соли — NaCl.
Ответ: NaOH + HCl → NaCl + H₂O.
Задача 2. Составьте уравнение реакции гидроксида меди(II) с серной кислотой. Катион меди имеет заряд Cu²⁺, а остаток серной кислоты — SO₄²⁻. Их заряды компенсируются в соотношении 1:1, поэтому формула соли — CuSO₄.
Ответ: Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O.
Задача 3. Составьте и уравняйте реакцию гидроксида алюминия с соляной кислотой. Катион Al³⁺ и остаток Cl⁻ образуют соль AlCl₃: для нейтральности к одному иону алюминия нужны три иона хлора. В основании три группы OH, поэтому реакция требует три атома водорода и даёт три молекулы воды.
Ответ: Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O.
Первая ошибка — записать соль с неверным соотношением ионов. Её допускают, если механически соединяют символы металла и остатка, не проверяя заряды. Проверьте формулу: суммарный заряд всех катионов и анионов в соли должен быть равен нулю.
Вторая ошибка — считать, что на одну молекулу основания всегда нужна одна молекула кислоты. Такое рассуждение не учитывает число гидроксогрупп: например, для Cu(OH)₂ нужно два атома водорода. Перед записью коэффициентов пересчитайте группы OH и сопоставьте их с водородом кислоты.
Третья ошибка — менять индексы при уравнивании, чтобы сравнять количество атомов. Индекс задаёт состав вещества, поэтому его изменение меняет саму формулу и смысл реакции. Сверьте формулы с названиями веществ и подбирайте только коэффициенты перед ними.
Четвёртая ошибка — забыть воду или поставить перед ней неверный коэффициент. Обычно это происходит, когда ученик записывает соль и не проверяет, куда перешли водород кислоты и гидроксогруппы основания. Пересчитайте H и O с обеих сторон: образующие воду группы должны быть учтены в её формуле и коэффициенте.
Чтобы составлять такие реакции, нужно знать формулы и состав кислот и оснований, а также заряды ионов и кислотных остатков. Эти сведения позволяют правильно определить состав соли и понять, сколько частиц вступает в реакцию. Если формула вещества уже известна, подсчёт атомов помогает проверить уравнение.
Тема нужна для составления уравнений нейтрализации и пригодится при изучении способов получения солей. В дальнейшем умение связывать состав веществ с их превращениями поможет объяснять, какие продукты образуются в химической реакции. Для решения подобных задач удобно каждый раз действовать по одному порядку: соль, вода, коэффициенты, проверка.
Что именно замещается в основании при реакции с кислотой?
В основании кислотные остатки замещают гидроксогруппы OH. Атомы водорода кислоты соединяются с этими группами и образуют воду.
Как определить формулу соли в уравнении реакции?
Нужно записать катион металла и кислотный остаток, затем подобрать их соотношение так, чтобы суммарный заряд соли был равен нулю. Например, Cu²⁺ и SO₄²⁻ соединяются в соотношении 1:1, поэтому формула соли — CuSO₄.
Почему для гидроксида меди(II) нужно два атома водорода кислоты?
В формуле Cu(OH)₂ содержатся две гидроксогруппы. Каждая группа OH соединяется с одним атомом водорода, поэтому нужны два атома водорода, например из двух молекул HCl.
Как понять, сколько молекул воды образуется?
Посчитайте гидроксогруппы в формуле основания: при полной нейтрализации каждая из них образует одну молекулу воды. Например, одна молекула Al(OH)₃ даёт три молекулы H₂O.
Чем коэффициент отличается от индекса в формуле?
Индекс показывает число атомов или групп внутри одной частицы вещества, а коэффициент — число частиц вещества в уравнении. При уравнивании меняют коэффициенты перед формулами, но не индексы внутри них.
§ 45. Основания замещают свои гидроксогруппы на кислотные остатки
