§ 44. Химические свойства кислот

Определения и обозначения

Кислота — сложное вещество, состоящее из атомов водорода и кислотного остатка. Например, в HCl кислотный остаток — Cl, а в H₂SO₄ — SO₄. Это определение помогает распознавать кислоты по формуле и правильно составлять формулы образующихся солей.

Индикатор — вещество, которое меняет окраску в зависимости от среды раствора. В кислой среде лакмус красный, метилоранж тоже красный, а фенолфталеин бесцветный. Индикаторы нужны, чтобы определить среду раствора и заметить её изменение.

Ряд активности металлов — последовательность металлов, расположенная по их способности вступать в реакции. Если металл находится до водорода, он обычно вытесняет водород из разбавленной неокисляющей кислоты; металл после водорода обычно этого не делает. Сравнение положения металла с водородом помогает заранее оценить возможность реакции.

Нейтрализация — реакция кислоты с основанием, в результате которой образуются соль и вода. Например, при взаимодействии соляной кислоты с гидроксидом натрия получаются хлорид натрия и вода. Понятие нейтрализации позволяет распознавать один из типичных видов реакций кислот.

Как это устроено

В водном растворе кислоты образуются частицы, благодаря которым раствор проявляет кислые свойства. Индикаторы чувствительны к этим частицам, поэтому их окраска отличается от окраски в нейтральной или щелочной среде. Лакмус в кислоте краснеет, метилоранж становится красным, а фенолфталеин остаётся бесцветным. По изменению окраски можно определить среду, даже если раствор прозрачен.

Металл, стоящий в ряду активности до водорода, обычно способен вытеснить его из разбавленной неокисляющей кислоты. При этом атомы металла входят в состав соли, а водород выделяется в виде газа. Например, цинк реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида цинка и водорода. Однако нельзя считать это правило безусловным: результат зависит от природы и концентрации кислоты, а также от свойств металла.

Основный оксид состоит из кислорода и элемента, обычно металла, и проявляет свойства, противоположные кислотным. При реакции кислоты с таким оксидом части кислотного остатка образуют соль с металлом оксида, а водород кислоты вместе с кислородом даёт воду. Поэтому водород в виде газа здесь не выделяется. Пример реакции: MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O.

При нейтрализации частицы основания и кислоты взаимодействуют так, что образуется вода, а оставшиеся части вещества составляют соль. Чтобы записать уравнение, сначала определяют катион металла из основания и кислотный остаток кислоты, затем составляют формулу соли и уравнивают все атомы. Например, H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O. Коэффициент 2 перед NaOH нужен, чтобы получить два атома натрия и две частицы воды.

Кислота и соль могут обменяться составными частями, но реакция не всегда идёт до конца. Она становится возможной, если среди продуктов появляется осадок, газ или слабый электролит — вещество, которое почти не распадается на ионы в растворе. Например, при смешивании серной кислоты и хлорида бария образуется нерастворимый сульфат бария. Выпадение осадка служит признаком протекания реакции.

Химические свойства кислот

Сначала найди в таблице нужную пару веществ и проверь указанное условие реакции. Затем определи продукты по общему правилу и составь их формулы, учитывая заряды частиц. В последнюю очередь уравняй реакцию и проверь, что признак реакции соответствует продуктам.

Разбор задач

1. Индикаторы в соляной кислоте

Условие. Запишите, как изменится окраска лакмуса и фенолфталеина в растворе соляной кислоты. Нужно определить кислую среду и применить правила для каждого индикатора, не смешивая их окраски. Химическое уравнение реакции здесь не требуется.

1. Соляная кислота в воде создаёт кислую среду.
2. В кислой среде лакмус становится красным, а фенолфталеин остаётся бесцветным.

Ответ: лакмус красный, фенолфталеин бесцветный.

2. Цинк и соляная кислота

Условие. Составьте уравнение реакции цинка с соляной кислотой и назовите продукты. Перед записью уравнения выясним, может ли цинк вытеснить водород, а затем правильно составим формулу соли. В задаче подразумевается обычная разбавленная соляная кислота.

1. Цинк стоит в ряду активности до водорода, поэтому он вытесняет водород из соляной кислоты.
2. Кислотный остаток HCl — Cl, поэтому соль цинка имеет формулу ZnCl₂; второй продукт — водород H₂.
3. Запишем схему Zn + HCl → ZnCl₂ + H₂ и уравняем: перед HCl ставим коэффициент 2.

Ответ: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑. Продукты реакции — хлорид цинка и водород.

3. Серная кислота и хлорид бария

Условие. Определите, пойдёт ли реакция между растворами серной кислоты и хлорида бария, запишите уравнение и назовите признак. Здесь важно не останавливаться на обмене частями: следует проверить растворимость предполагаемых продуктов. Если появляется нерастворимое вещество, реакция получает заметный признак.

1. При обмене частями могли бы образоваться BaSO₄ и HCl.
2. Сульфат бария нерастворим в воде, поэтому он выпадает в осадок и реакция протекает.
3. Записываем BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + HCl и ставим коэффициент 2 перед HCl, чтобы уравнять хлор и водород.

Ответ: BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl. Признак реакции — выпадение осадка сульфата бария.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что любая кислота реагирует с любым металлом. Обычно водород вытесняют металлы до него в ряду активности, но имеют значение и свойства кислоты; правило допускает исключения для окисляющих кислот. Проверяй положение металла и уточняй, какая кислота дана.

Иногда водород записывают среди продуктов реакции кислоты с основным оксидом или основанием. Это происходит из-за переноса правила реакции кислоты с металлом на другие случаи. Сверь тип реагентов: с оксидом и основанием обычно получаются соль и вода.

При составлении соли можно принять кислотный остаток за один атом водорода или потерять его заряд. Тогда формула окажется неверной, даже если названия элементов выбраны правильно. Запиши кислотный остаток целиком и подбери индексы так, чтобы суммарный заряд формулы был равен нулю.

Ещё одна ошибка — считать, что любая кислота с солью обязательно реагирует до конца. Обмен частями сам по себе не доказывает, что реакция пойдёт. Проверь продукты: должно образоваться нечто, удаляющееся из раствора, — осадок, газ или слабый электролит.

Связь с другими темами

Чтобы разбирать реакции кислот, нужно знать формулы кислот, оснований, оксидов и солей, а также уметь составлять формулы по названиям и зарядам. При записи уравнений пригодятся навыки расстановки коэффициентов и знания ряда активности металлов. Позже эти правила помогут составлять ионные уравнения, изучать способы получения солей и решать расчётные задачи по уравнениям реакций.

Что запомнить

• Кислая среда изменяет окраску индикаторов.
• Металлы до водорода в ряду активности обычно вытесняют водород из кислот.
• При реакции кислоты с металлом образуются соль и водород.
• Кислота с основным оксидом образует соль и воду.
• При нейтрализации кислоты основанием образуются соль и вода.
• Реакция кислоты с солью протекает, если образуется осадок, газ или слабый электролит.