Кислоты. Химические свойства и способы получения.

Кислоты. Cпособы получения и химические свойства

Кислоты – сложные вещества, которые при взаимодействии с водой образуют в качестве катионов только ионы Н⁺ (или Н₃О⁺).

По растворимости в воде кислоты можно поделить на растворимые и нерастворимые. Некоторые кислоты самопроизвольно разлагаются и в водном растворе практически не существуют (неустойчивые).

Получение кислот

1. Взаимодействие кислотных оксидов с водой. При этом с водой реагируют при обычных условиях только те оксиды, которым соответствует кислородсодержащая растворимая кислота. 

кислотный оксид + вода = кислота

Например, оксид серы (VI) реагирует с водой с образованием серной кислоты:

SO₃  +  H₂O  →  H₂SO₄

При этом оксид кремния (IV)  с водой не реагирует:

SiO₂  +  H₂O ≠

Поэтому можно получить из солей кремневой кислоты

Na₂ SiO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂SiO₃↓

2. Взаимодействие неметаллов с водородом. Таким образом получают только бескислородные кислоты.

Неметалл + водород = бескислородная кислота

Например, хлор реагирует с водородом:

H₂⁰ + Cl₂⁰ → 2H⁺Cl^—

3. Электролиз растворов солей. Как правило, для получения кислот электролизу подвергают растворы солей, образованных кислотным остатком кислородсодержащих  кислот. 

Например, электролиз раствора сульфата меди (II):

2CuSO₄ + 2H₂O  →  2Cu + 2H₂SO₄  +  O₂

4. Кислоты образуются при взаимодействии других кислот с солями. При этом более сильная кислота вытесняет менее сильную.

Например: карбонат кальция CaCO₃  (нерастворимая соль угольной кислоты) может реагировать с более сильной серной кислотой. При этом образуется боле слабая угольная кислота.

CaCO₃ + H₂SO₄  →  CaSO₄ + 2H₂O + CO₂↑

Соль слабой кремниевой кислоты + сильная соляная кислота , получается слабая кремниевая кислота

Na₂ SiO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂SiO₃↓

5. Кислоты можно получить окислением оксидов, других кислот и неметаллов в водном растворе кислородом или другими окислителями. 4N⁺⁴O₂ + 2H₂O + O₂ = 4HN⁺⁵O₃

Например, концентрированная азотная кислота окисляет фосфор, S, C, I₂ до cоответствующих кислот:

P  + 5HNO₃  →  H₃PO₄  + 5NO₂  + H₂O

S + 6HNO₃ = H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

I₂  + 10HNO_3(конц.)  (t)→ 2HIO₃ + 10NO₂↑ + 4H₂O

C + 4HNO_3(конц.) → CO₂↑ + 2H₂O + 4NO₂↑

Химические свойства кислот

1. В водных растворах кислоты диссоциируют на катионы водорода Н⁺ и анионы кислотных остатков. При этом сильные кислоты диссоциируют почти полностью, а слабые кислоты диссоциируют частично.

Например, соляная кислота диссоциирует почти полностью:

HCl  →  H⁺  +  Cl^–

Если говорить точнее, происходит протолиз воды, и в растворе образуются ионы гидроксония:

HCl  + H₂O  →  H₃O⁺  +  Cl^–

Многоосновные кислоты диссоциируют cтупенчато.

Например, сернистая кислота диссоциирует в две ступени:

H₂SO₃  ↔ H⁺ + HSO₃^–

HSO₃^– ↔ H⁺ + SO₃^2–

Фосфорная кислота диссоциирует в 3 ступени:

Н₃PO₄ ↔ H⁺ + H₂PO₄^–

H₂PO₄^–↔ H⁺ + HPO₄^2–

HPO₄^2– H⁺ + PO₄^3–

2. Кислоты изменяют окраску индикатора. Водный раствор кислот окрашивает лакмус в красный цвет, 

метилоранж в красный цвет. Фенолфталеин не изменяет окраску в присутствии кислот.

3. Кислоты взаимодействуют с металлами.

При этом протекает окислительно-восстановительная реакция. Однако минеральные кислоты и кислоты-окислители взаимодействуют по-разному.

К минеральным кислотам относятся соляная кислота HCl, разбавленная серная кислота H₂SO₄, фосфорная кислота H₃PO₄, плавиковая кислота HF, бромоводородная HBr и йодоводородная кислоты HI.

Такие кислоты взаимодействуют только с металлами, расположенными в ряду активности до водорода:

При взаимодействии минеральных кислот с металлами образуются соль и водород:

минеральная кислота + металл = соль + H₂↑

Например, железо взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида железа (II):

Fe + 2H⁺Cl  →  Fe⁺²Cl₂ + H₂⁰

Cu + H⁺Cl  ≠  

Сероводородная кислота H₂S, угольная H₂CO₃, сернистая H₂SO₃ и кремниевая H₂SiO₃ с металлами не взаимодействуют.

Кислоты-окислители (азотная кислота HNO₃ любой концентрации и серная концентрированная кислота H₂SO_4(конц)) при взаимодействии с металлами водород не образуют, т.к. окислителем выступает не водород, а азот или сера. Продукты восстановления азотной или серной кислот бывают различными.

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

Fe + 6HNO_3(конц.) → ^t Fe(NO₃)₃ + 3H₂O + 3NO₂↑

Ag + 2HNO_3(конц.) → AgNO₃ + H₂O + NO₂↑

2P + 5H₂SO₄ конц → 2H₃PO₄ + 5SO₂ ↑+ 2H₂O

2B + 3H₂SO₄ конц → 2H₃BO₃ + 3SO₂ ↑

S + 2H₂SO₄ конц → 3SO₂ ↑+ 2H₂O

Угольная кислота не образуется – получается углекислый газ:

C + 2H₂SO₄ конц → CO₂ ↑+ 2H₂O + 2SO₂ ↑

4. Кислоты реагируют с основаниями и основными оксидами.

С нерастворимыми основаниями и соответствующими им оксидами взаимодействуют только растворимые кислоты.

нерастворимое основание + растворимая кислота = соль + вода

 Cu(OH)₂ + 2HBr  →  CuBr₂ + 2H₂O

основный оксид + растворимая кислота = соль + вода

 CuO + 2HBr  →  CuBr₂ + H₂O

При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с нерастворимой кремниевой кислотой.

Cu(OH)₂ + H₂SiO₃ ≠

С сильными основаниями (щелочами) и соответствующими им оксидами реагируют любые кислотами.

2KOH + H₂SiO₃ = K₂ SiO₃ + 2 Н₂О

Реакция возможна, только если хотя бы один реагент сильный или кислота растворимая!

То есть нерастворимые основания не реагируют с летучими и или неустойчивыми кислотами

Щёлочи взаимодействуют с любыми кислотами — и сильными, и слабыми. При этом образуются средняя соль и вода. Эти реакции называются реакциями нейтрализации. 

Возможно и образование кислой соли, если кислота многоосновная, при определенном соотношении реагентов, либо в избытке кислоты.

Например, гидроксид натрия при взаимодействии с трёхосновной фосфорной кислотой может образовывать 3 типа солей: фосфаты, дигидрофосфаты,  или гидрофосфаты.

В избытке щёлочи образуется средняя соль (фосфат) и вода:

щёлочь_{(избыток)}+ кислота = средняя соль + вода

соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 3NaOH  +  H₃PO₄  →  Na₃PO₄ + 3H₂O

щёлочь + многоосновная кислота_{(избыток)} = кислая соль + вода

соотношении количества щелочи и кислоты 2:1 образуются гидрофосфаты:

2NaOH  +  H₃PO₄  →  Na₂HPO₄ + 2H₂O

(соотношении количеств веществ) реагентов 1:1 образуется дигидрофосфат.

.NaOH  +  H₃PO₄  →   NaH₂PO₄ + H₂O

5.Растворимые кислоты взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.

Растворимая кислота + амфотерный оксид  = соль + вода

3H₂SO₄ + Al₂O₃ = Al₂(SO₄)₃ +3 H₂O

Растворимая кислота + амфотерный гидроксид  = соль + вода

Например, уксусная кислота взаимодействует с гидроксидом алюминия:

3CH₃COOH + Al(OH)₃  →  (CH₃COO)₃Al + 3H₂O???

6. Некоторые кислоты являются сильными восстановителями. Восстановителями являются кислоты, образованные неметаллами в минимальной или промежуточной степени окисления, которые могут повысить свою степень окисления (йодоводород HI, сернистая кислота H₂SO₃  и др.).

Например, йодоводород можно окислить хлоридом меди (II), а азотистую кислоту перманганатом калия:

2HI^— + 2Cu⁺² Cl₂ → 2HCl  +  2Cu⁺Cl + I₂⁰

2HI^— + 2Fe⁺³ Cl₃ → 2HCl  +  2Fe²⁺Cl₂ + I₂⁰

Fe⁺² Cl₂ + 4HN⁺⁵O₃ =Fe⁺³ (N⁺⁵O₃)₃  + N⁺⁴O₂ + 2НCl + Н₂О

HI^—1  + HMn⁺⁷O₄ = I₂⁰ + MnI₂^—1  + H₂O

5HN⁺³O₂   +   2HMn⁺⁷O₄  →   2Mn(NO₃)₂   +   HNO₃   +   3H₂O

5 HN⁺³O₂  + 2 KMn⁺⁷O₄+ 3 H₂SO₄ → 2 Mn⁺²SO₄ + K₂SO₄  + 5 HN⁺⁵O₃ + 3 H₂O

7. Кислоты взаимодействуют с солями.

Кислоты реагируют с растворимыми солями только при условии, что в продуктах реакции присутствует газ, вода, осадок или другой слабый электролит. Такие реакции протекают по механизму ионного обмена.

Кислота₁ + растворимая соль₁ = соль₂ + кислота₂/оксид + вода

Например, соляная кислота взаимодействует с нитратом серебра в растворе:

Ag⁺NO₃^— + H⁺Cl^— → Ag⁺Cl^—↓ + H⁺NO₃^—

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O  + CO₂

Кислоты реагируют и с нерастворимыми солями. При этом более сильные кислоты  вытесняют менее сильные кислоты из солей.

Например,  карбонат кальция (соль угольной кислоты), реагирует с соляной кислотой (более сильной, чем угольная):

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O  + CO₂

Кислоты взаимодействуют с кислыми и основными солями. При этом более сильные кислоты вытесняют менее сильные из кислых солей.

кислая соль₁ + кислота₁ = средняя соль₂ + кислота₂/оксид + вода

Например, гидрокарбонат калия реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида калия, углекислого газа и воды:

KHCO₃ + HCl →  KCl  +  CO₂ + H₂O

5. Кислоты взаимодействуют со своими средними и кислыми и основными солями.

Средние соли реагируют с кислотами с образованием кислых солей

Например: сероводородная кислота реагирует с сульфидом натрия с образованием гидросульфида

H₂S + Na₂S =2 NaHS

NaCl + HCl ≠

Кислые соли реагируют с кислотами с образованием более кислых солей. 

Например: гидрофосфат калия взаимодействует с фосфорной кислотой с образованием дигидрофосфата калия:

H₃PO₄ +  K₂HPO₄  →  2KH₂PO₄ 

При взаимодействии основных солей с кислотами образуются средние соли. Более сильные кислоты также вытесняют менее сильные из солей.

Например, гидроксокарбонат меди (II) растворяется в серной кислоте:

2H₂SO₄ +  (CuOH)₂CO₃  →  2CuSO₄  + 3H₂O  +  CO₂

Основные соли могут взаимодействовать с собственными кислотами. При этом вытеснения кислоты из соли не происходит, а просто образуются более средние соли.

Например, гидроксохлорид алюминия взаимодействет с соляной кислотой:

Al(OH)Cl₂ +  HCl  →  AlCl₃  + H₂O 

7. Некоторые кислоты разлагаются при нагревании.

Угольная H₂CO₃, сернистая H₂SO₃ и азотистая HNO₂ кислоты разлагаются самопроизвольно, без нагревания:

H₂CO₃  ↔   H₂O + CO₂

H₂SO₃  ↔   H₂O + SO₂

2HNO₂  ↔  NO + H₂O + NO₂

Кремниевая H₂SiO₃, йодоводородная HI кислоты разлагаются при нагревании:

H₂SiO₃  →   H₂O + SiO₂

2HI  ↔   H₂  +  I₂

Азотная кислота HNO₃ разлагается при нагревании или на свету:

4HNO₃  ↔  O₂ + 2H₂O + 4NO₂