"Химия (углублённый уровень)", Пузаков С.А., Машнина Н.В., Попков В.А.
Кислые соли — продукты неполной нейтрализации многоосновных кислот: в их кислотном остатке сохраняются атомы водорода, которые ещё могут замещаться. Поэтому такая соль способна продолжить нейтрализацию со щёлочью, а с кислотами и некоторыми другими солями вступает в реакции обмена. Чтобы правильно записать формулу и уравнение, нужно учитывать заряд кислотного остатка и проверять, образуется ли осадок, газ или вода.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Кислая соль — продукт неполной нейтрализации многоосновной кислоты, в кислотном остатке которого сохраняются замещаемые атомы водорода. Например, NaHCO₃ образуется из угольной кислоты H₂CO₃, когда замещён только один из двух атомов водорода. Это определение помогает отличить кислую соль от смеси обычной соли с кислотой.
Гидросоль — название кислой соли, указывающее на сохранение водорода в кислотном остатке. В названиях используют приставку «гидро-»: NaHSO₄ — гидросульфат натрия, NaH₂PO₄ — дигидрофосфат натрия. При составлении формулы сначала записывают остаток с нужным числом атомов водорода, затем подбирают индексы катиона так, чтобы суммарный заряд был равен нулю.
Ступенчатая нейтрализация — последовательное замещение атомов водорода многоосновной кислоты катионами металла или аммония. Например, H₃PO₄ может переходить в H₂PO₄⁻, затем в HPO₄²⁻ и, наконец, в PO₄³⁻. Понятие объясняет, почему одна кислота способна образовывать несколько кислых солей и среднюю соль.
Кислотный остаток — часть кислоты, остающаяся после отделения одного или нескольких атомов водорода и входящая в состав соли. В HCO₃⁻ остаток сохраняет один атом водорода, а его заряд равен −1. Зная состав и заряд остатка, можно верно составлять формулы и предсказывать реакции соли.
Кислые соли возможны только у многоосновных кислот, потому что в них содержится несколько замещаемых атомов водорода. При нейтрализации одноосновной кислоты её единственный атом водорода заменяется, и сразу получается средняя соль. У многоосновной кислоты замещение идёт не обязательно за один этап, поэтому часть водорода может остаться в кислотном остатке.
Чтобы составить формулу, определяют заряд остатка после того, как часть атомов водорода замещена, а затем уравнивают его заряд зарядом катионов. Так, HCO₃⁻ имеет заряд −1, поэтому с Na⁺ образует NaHCO₃; HSO₄⁻ также имеет заряд −1 и даёт NaHSO₄. У фосфорной кислоты возможны H₂PO₄⁻ и HPO₄²⁻: поэтому формулы солей кальция будут Ca(H₂PO₄)₂ и CaHPO₄. Скобки нужны, если многоатомный остаток входит в формулу несколько раз.
Щёлочь продолжает нейтрализацию, поскольку её гидроксид-ионы связывают водород кислого остатка с образованием воды. При достаточном количестве щёлочи оставшиеся атомы водорода замещаются, и образуется средняя соль; результат зависит также от соотношения реагентов. Например, гидрокарбонат кальция с гидроксидом натрия даёт карбонат кальция и карбонат натрия, причём CaCO₃ выпадает в осадок.
При действии кислоты на кислую соль возможен обмен: катион соли соединяется с новым кислотным остатком. Для гидрокарбоната реакция сопровождается выделением газа: ион HCO₃⁻ принимает H⁺, образующаяся H₂CO₃ распадается на CO₂ и воду. Карбонат тоже выделяет углекислый газ с кислотой, поскольку сначала превращается в гидрокарбонат, а затем — в угольную кислоту. Если реакции не сопутствует такое превращение, продукты обмена определяют по составу реагентов и условиям.
Кислая соль может взаимодействовать с другой солью, если среди возможных продуктов появляется осадок, газ или слабый электролит. Например, при смешивании NaHCO₃ и CuSO₄ формируются малорастворимый CuCO₃, CO₂ и вода, поэтому обмен протекает. Некоторые кислые соли при нагревании разлагаются: гидрокарбонат натрия превращается в карбонат натрия, углекислый газ и воду. Наконец, переход кислой соли в среднюю — это результат дальнейшего замещения водорода, а не просто изменение названия вещества.
В таблице собраны типичные направления реакций и признаки, по которым можно оценить, возможно ли их протекание. Сначала определите продукты, затем проверьте, образуется ли осадок, газ или слабый электролит. Для реакции со щёлочью дополнительно учитывайте количество реагентов: оно влияет на степень нейтрализации.
| Вид взаимодействия | Общий принцип | Пример реакции | Условие или признак реакции |
|---|---|---|---|
| С щелочами | Замещение водорода в кислотном остатке с образованием воды; возможен переход к средней соли. | NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O | Нужен гидроксид; учитывают соотношение реагентов и возможность образования продукта. |
| С кислотами | Обмен; гидрокарбонат принимает H⁺, образуя CO₂ и воду. | NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂↑ + H₂O | Для гидрокарбонатов характерно выделение газа. |
| С другими солями | Обмен катионов и анионов с образованием новых веществ. | 2NaHCO₃ + CuSO₄ → CuCO₃↓ + Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O | Реакция идёт, если образуется осадок, газ или слабый электролит. |
| Разложение при нагревании | Кислая соль распадается на другие вещества. | 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O | Необходим нагрев; признак — выделение газа и образование воды. |
| Переход кислой соли в среднюю соль | Оставшийся водород замещается катионом, часто при действии щёлочи. | Ca(HCO₃)₂ + 2NaOH → CaCO₃↓ + Na₂CO₃ + 2H₂O | Нужно достаточное количество щёлочи; средняя соль не содержит водорода в остатке. |
Нужно записать молекулярное и сокращённое ионное уравнения. Сначала определяем, что HCO₃⁻ с кислотой образует CO₂ и воду, а катион натрия соединяется с хлорид-ионом. Затем исключаем из полного ионного уравнения ионы, не участвующие в превращении.
Ответ: NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂↑ + H₂O; HCO₃⁻ + H⁺ → CO₂↑ + H₂O.
Здесь щёлочь завершает нейтрализацию гидрокарбоната, замещая водород в HCO₃⁻. В составе соли два гидрокарбонат-иона, поэтому для замещения обоих атомов водорода требуется две формульные единицы NaOH. Кальций соединяется с карбонат-ионом, а натрий образует карбонат натрия.
Ответ: Ca(HCO₃)₂ + 2NaOH → CaCO₃↓ + Na₂CO₃ + 2H₂O.
Обычный обмен дал бы карбонат меди, но одного обмена для описания процесса недостаточно: гидрокарбонат в кислой среде образует углекислый газ и воду. Малорастворимый карбонат меди выпадает в осадок, поэтому превращение имеет движущую силу. Проверяем растворимость продуктов и сохраняем число атомов и общий заряд.
Ответ: реакция идёт с образованием осадка CuCO₃ и газа CO₂; уравнения приведены в шагах 2 и 3.
Ошибка — считать кислую соль смесью соли и избытка кислоты. Её формульный состав показывает, что водород связан с кислотным остатком, а отдельные молекулы кислоты в определении не подразумеваются. Проверка: выпишите ионный состав соли и убедитесь, что сохраняющийся H входит в анион.
Иногда кислые соли пытаются составлять для любой кислоты, не проверяя её основность. Так происходит, если ориентироваться только на слово «кислый», а не на число замещаемых атомов водорода. Проверка проста: у кислоты должно быть как минимум два таких атома, иначе после замещения получится средняя соль.
При реакции гидрокарбоната с кислотой могут записать только соль и углекислый газ, забыв воду. Причина — краткая схема «кислота плюс карбонат даёт газ» без учёта промежуточной угольной кислоты. Проверьте атомы водорода и кислорода: уравнение NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O сбалансировано.
Не следует считать любую реакцию кислой соли с другой солью протекающей только потому, что можно обменять ионы. В растворе сильных электролитов обмен не даёт заметного результата, если все продукты растворимы и остаются ионами. Проверьте таблицу растворимости и ищите образование осадка, газа или слабого электролита.
Для работы с кислыми солями нужны знания о строении многоосновных кислот и зарядах кислотных остатков. Также пригодятся номенклатура солей и правила составления формул: именно они помогают определить индексы и назвать вещество. Электролитическая диссоциация и правила реакций обмена нужны для записи сокращённых ионных уравнений.
Эти знания применяют при составлении молекулярных и ионных уравнений, решении цепочек превращений и распознавании карбонатов и гидрокарбонатов. По выделению CO₂, например, можно заметить взаимодействие гидрокарбоната с кислотой. Умение проверять условия реакции помогает не записывать обмен там, где нет его движущей силы.
Кислые соли важны для понимания буферных систем и гидролиза солей, где существенны равновесия между ионами и молекулами. Карбонаты и гидрокарбонаты участвуют в природных равновесиях, связанных с водой, углекислым газом и минералами. В качественном анализе характерные реакции помогают обнаруживать отдельные ионы.
Чем кислая соль отличается от средней соли?
В кислой соли кислотный остаток сохраняет один или несколько атомов водорода, способных замещаться. В средней соли все такие атомы заменены катионами металла или аммония.
Почему кислые соли образуются только у многоосновных кислот?
У многоосновной кислоты есть два или более атома водорода, которые могут замещаться поэтапно. Одноосновная кислота теряет единственный такой атом сразу, поэтому отдельной кислой соли не образует.
Всегда ли кислая соль реагирует со щёлочью?
Не всегда: реакция возможна, если условия позволяют ей идти, например образуется вода, осадок или другое малодиссоциирующее вещество. При достаточном количестве щёлочи оставшийся в кислотном остатке водород замещается, и получается средняя соль.
Почему при реакции гидрокарбоната с кислотой выделяется газ?
Ион гидрокарбоната HCO₃⁻ принимает протон и превращается в угольную кислоту H₂CO₃. Она нестойкая и распадается на воду и углекислый газ, который выделяется в виде пузырьков.
Как понять, будет ли реакция кислой соли с другой солью протекать до конца?
Сначала составляют возможные продукты обмена и проверяют их растворимость. Реакция обычно идёт до конца, если образуется осадок, газ или слабый электролит, например вода; если все вещества остаются растворёнными сильными электролитами, обычно нет.
9.4. Реакции с участием кислых солей
