Кислоты в химии

Серная кислота, соляная, уксусная, какая-то еще… Много ли кислот знаете вы и нужно ли вам это вообще, если не планируется карьера химика-исследователя? Определенно да: кислоты давно стали частью нашей повседневной жизни. Значит, надо уметь грамотно взаимодействовать с ними. Кислоты в химии в рамках школьной программы изучаются в ходе знакомства с теорией, обсуждений, разбора задач и лабораторных работ. Для ЕГЭ по предмету владение темой играет очень важную роль, так что никакие дополнительные знания лишними не будут. Поэтому давайте познакомимся с кислотами и узнаем об их свойства. 

Что такое кислоты в химии

Это сложные вещества, в состав молекул которых входят атомы водорода, способные замещаться на атомы металла, и кислотные остатки. Кислоты – это один из классов неорганических веществ. Все вещества делятся на простые и сложные. Кислоты относятся к сложным веществам. Наряду с оксидами, солями, основаниями, амфотерными гидроксидами эти вещества являются краеугольными камнями всей химии. Без знания кислот невозможно овладение предметом.

Полезная информация о кислотах

Собрали в небольшую таблицу интересные факты о кислотах.

Классификация кислот

Разберем, как отличаются кислоты по классификации.

По содержанию кислорода

По наличию кислорода кислоты делятся на кислородсодержащие и бескислородные. В органических кислотах кислород находится по умолчанию, так как там есть карбоксильная группа СООН.

Если мы говорим про неорганические кислоты, то здесь есть бескислородные (например, соляная и синильная) и кислородосодержащие (например, серная, азотная, хлорная).

По растворимости в воде

По растворимости в воде кислоты делятся на растворимые и нерастворимые. Под нерастворимостью мы не подразумеваем какое-то твердое «каменное» состояние. Нет, речь идет о том, что кислоты не растворяются именно в воде. В школьном курсе химии из нерастворимых кислот рассматривается только кремниевая (H₂SiO₃), все остальные в большей или меньшей степени растворимые.

Нужно помнить, что понятие нерастворимости условное. В химии считается, что абсолютно нерастворимых веществ нет. Вопрос в том, что мы видим «точкой отсчета». В химии принято считать, что если растворяется более 1 г вещества на 100 г воды, то это вещество является растворимым. В ином случае вещество будет мало растворимым. Тем более что можно взять больший объем воды. Абсолютно нерастворимых веществ нет. С точки зрения вышеописанного правила нерастворимой является только кремниевая кислота.

По летучести

Под летучестью кислот мы понимаем их способность испаряться на воздухе. Нелетучие кислоты способны долго стоять, не испаряясь и не меняя состав.

Есть кислоты летучие и нелетучие. Если кислота изначально твердая и нерастворимая в воде, то она также и нелетучая.

К нелетучим кислотам относится, например, кремниевая, серная или фосфорная.

Примеры летучих – уксусная, сероводородная, азотная. Последняя может рассматриваться как яркий иллюстрирующий пример. Если вы видите азотную кислоту желтого цвета, можно быть уверенным, что она уже хранится достаточно долго. Так как из-за наличия присутствующего здесь оксида азота NO₂ она меняет цвет. 

По степени диссоциации

В данном случае кислоты делятся на сильные и слабые. Сила кислоты зависит от степени диссоциации, то есть способности распада на катион, H+ и кислотный остаток. 

Сильные кислоты почти полностью диссоциируют на положительно заряженный ион водорода и отрицательно заряженный ион кислотного остатка. Так, соляная кислота необратимо диссоциирует на положительно заряженный ион водорода и отрицательно заряженный хлорид-анион. 

Слабые электролиты диссоциируют обратимо. Например, фтороводородная кислота. А слабые многоосновные кислоты (ортофосфорная кислота) диссоциируют ступенчато. 

Примеры сильных кислот: азотная, соляная, бромоводородная. Примеры слабых кислот: азотистая, угольная и плавиковая кислоты.

Резюмируем: кислоты по степени диссоциации делятся на сильные, средние и слабые. В таком виде их изучают в высших учебных заведениях. В рамках школьной программы и в заданиях ЕГЭ принято деление на сильные и слабые кислоты.

это интересно

Соли в химии

Нашатырь, поваренная соль и обычная питьевая сода – в химии это все соли. Узнаем о них побольше

Подробнее

Номенклатура кислот

Под номенклатурой кислот понимается способ образования их наименований. Если это бескислородная кислота, то к названию неметалла прибавляется слово «водородная». Например, сероводородная, хлороводородная, бромоводородная. У них есть собственные тривиальные названия: хлороводородная называется соляная, фтороводородная – плавиковая.

Для образования наименований кислородсодержащих кислот есть определенные суффиксы. Например, азот-н-ая – суффикс «н». Или фосфор-н-ая – также суффикс «н». Суффиксы связаны со степенями окисления. Примеры: азотная, кремниевая, угольная.  

Имеются максимальные и минимальные суффиксы. Например, хлорноватистая, хлористая. Можно добавлять приставку: метафосфорная или ортофосфорная кислота.

В отдельных случаях используется одновременно несколько способов образования. Пример – хлор, у которого с разными степенями окисления имеется пять разных кислот: хлорная, хлористая, хлорноватая, хлорноватистая, хлорноводородная.

Таблица химических формул кислот

Мы подготовили список формул важнейших кислот и их наименований.

Химические свойства кислот

Кислоты диссоциируют, и поэтому они изменяют цвет индикатора. Принятые индикаторы – лакмус и метилоранж.

Кислоты реагируют с металлами, которые стоят в электрохимическом ряду напряжений до водорода. При этом они выделяют водород. Это реакции замещения.

Кислоты реагируют с основными оксидами. Например, оксид кальция – это основный оксид. Происходит реакция обмена. Реагируют с основаниями, с амфотерными оксидами, с амфотерными гидроксидами, с солями (не со всеми, здесь есть свои особенности). Также при нагревании кислоты разлагаются (например, кремниевая).

Взаимодействие кислот с амфотерными оксидами

Амфотерные оксиды проявляют свойства и основных, и кислотных оксидов одновременно. Их также можно назвать оксидами-хамелеонами. Если их заставить реагировать с кислотами, то амфотерные оксиды будут вести себя, как основные оксиды.  Если заставить реагировать со щелочью, будут вести себя, как кислотные оксиды. При реакции с амфотерными оксидами кислоты образуют соли и воду.

Пример реакции

Рассмотрим примеры реакций амфотерных оксидов с кислотами.

Al₂O₃ + 6HCL → 2AlCl₃ + 3H₂O

Реакция взаимодействия оксида алюминия с соляной кислотой. В результате образуется хлорид алюминия (соль) и вода.

ZnO + 2HNO₃ → Zn(NO₃)₂ + H₂O

Реакция взаимодействия оксида цинка с азотной кислотой. В результате реакции обмена образуется нитрат цинка и вода.

Al₂O₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Амфотерный оксид алюминия реагирует с серной кислотой. В результате реакции обмена образуется соль (сульфат алюминия) и вода.

Взаимодействие кислот с щелочами

Щелочи – это растворимые основания. Щелочи реагируют с любыми кислотами, даже с кремниевой. Происходит реакция нейтрализации, это частный случай реакции обмена. Это реакция, идущая с очень большой скоростью и с выделением тепла. Скорость действительно большая, этот процесс можно описать словом «мгновенно».

Пример реакции

Перед вами примеры реакций кислот со щелочами.

2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O

Это пример реакции щелочи с кислотой. Гидроксид натрия реагирует с серной кислотой. В результате реакции ионного обмена образуется соль и вода.

KOH + HCl → KCl + H₂O

Гидроксид калия взаимодействует с соляной кислотой. В результате реакции нейтрализации образуется соль и вода.

Ca(OH)₂ + 2HCl → CaCl₂ + 2H₂O

Гидроксид кальция взаимодействует с соляной кислотой, образуется хлорид кальция и вода.

Интересный факт

Это в математике от перемены мест слагаемых результат не меняется, а в химии с кислотами – еще как! Так, если в воду тонкой струйкой медленно вливать концентрированную серную кислоту, то образуется более разбавленная кислота. Если же в концентрированную серную кислоту добавлять воду, то произойдет взрыв из-за огромного выделения тепла в результате происходящего процесса.

Взаимодействие кислот с солями

Кислоты реагируют с солями: такая реакция называется реакцией обмена. Когда идет реакция кислоты с солью, в реакцию обмена с кислотами не вступает ряд многих солей – сульфат бария, хлорид серебра, сульфид меди. Остальные обычно вступают.

Растворимая кислота взаимодействует с солью. В результате реакции обмена образуется новая соль и новая кислота. Реакция идет, если выполняется одно из условий в порядке приоритета. Во-первых, образуется хотя бы один из осадков, которые являются очень нерастворимыми. Например, сульфат бария или сульфат стронция. Если таковых не образовалось, то смотрим второе условие. Сильная кислота всегда вытесняет существенно более слабую. В результате должна получиться более слабая, которая не может прореагировать с образовавшейся солью.

Если мы говорим о нерастворимых карбонатах, сульфитах или сульфидах (кроме, скажем, CuS, HgS), то они могут реагировать с кислотами.

Пример реакции

Давайте изучим примеры реакций кислот с солями.

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + 2HCl

Это пример реакции взаимодействия между солью хлоридом бария и серной кислотой. В результате реакции ионного обмена образуется нерастворимое вещество белого цвета сульфат бария и соляная кислота.

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Мел, или карбонат кальция, взаимодействует с соляной кислотой, образуя хлорид кальция и угольную кислоту (более слабую), которая распадается на углекислый газ и воду. 

AgNO₃ + HCl → AgCl↓ + HNO₃

Нитрат серебра взаимодействует с соляной кислотой. В результате образуется творожистый осадок белого цвета хлорид серебра и азотная кислота.

Физические свойства кислот

Под физическими свойствами понимаются определенные агрегатные состояния, вкус, цвет, запах. Кислоты бывают твердые (ортофосфорная, метафосфорная, борная). Многие кислоты являются бесцветными жидкостями (серная, азотная, соляная). Растворы всех кислот имеют кислый вкус.

Яркие примеры – лимонная или яблочная кислоты. Не перепутайте: воздействие на другой предмет (например, попавшая на ткань кислота разъест материал) к физическим свойствам уже не относится. Это химическое свойство.

Получение и применение кислот

Кислоты можно получить следующим образом. Если они бескислородные, то необходимо взаимодействие водорода с простыми веществами. Например, водород взаимодействует с серой. Или водород взаимодействует с хлором. Внимание: таким образом можно получить только бескислородные кислоты.

Если мы говорим о кислородсодержащих, то можно взять кислотный оксид с водой. Он потому и называется кислотным оксидом, что соответствует кислоте. Так можно получить любую кислоту из неорганических за исключением кремниевой, потому что песок с водой не реагирует.

Можно получить взаимодействие соли и кислоты с образованием осадка или более слабого электролита. Можно получить в результате электролиза. Тогда берут соли кислородсодержащих кислот и слабых металлов.

Еще вариант – вытеснение более летучих кислот. Например, хлорид натрия взаимодействует с концентрированной серной кислотой. В результате образуется хлороводород, который представляет из себя соляную кислоту.

Что касается применения кислот, оно многообразно. Кислоты используют в фармацевтике, при производстве химикатов и удобрений, в производстве синтетических материалов и волокон, для производства чистящих средств и утилизации отходов.

Задачи по теме «Кислоты»

Чтобы проработать и закрепить тему кислот в химии, попробуйте выполнить несколько заданий.

Задача 1

Определите, какие из веществ, формулы которых приведены, реагируют с соляной кислотой.

а) Ag
б) Zn
в) Fe₂O₃ 
г) CsOH
д) Na₂CO₃ 
е) Cu(OH)₂

Задача 2

Определите, какие из кислот относят к слабым.

а) HCL
б) HI
в) CH₃COOH
г) HClO₃
д) C₁₇H₃₅COOH
е) H₂SO₃

Задача 3

Какая масса раствора с массовой долей гидроксида натрия 4% потребуется для нейтрализации соляной кислоты массой 29.2 г с массовой долей 5%.

Задача 4

Запишите уравнения, реакции которых осуществимы.

NaNO₂ + H₂SO₄ →
FeSO₄ + HCl →
CuSO₄ + H₂S =
FeBr₂ + CO₂ + H₂O →
Na₃PO₄ + H₃PO₄ →
Na[Al(OH)₄] + HCl =

Ответы к задачам

Проверьте, правильно ли вы выполнили задания.

Задача 1

Здесь мы рассмотрели возможность реакции с соляной кислотой.

а) Ag + HCl → не реагирует
б) Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑
в) Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O
г) CsOH + HCl → CsCl + H₂O
д) Na₂CО₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O
е) Cu(OH)₂ + 2HCl → CuCl₂ + 2H₂O

Задача 2

К слабым относятся следующие кислоты:

в) CH₃COOH
д) C₁₇H₃₅COOH
е) H₂SO₃

Задача 3

Приведено решение задачи с ответом:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

1) m (HCl) = 29,2 × 0,05 = 1,46 г

  n  (HCL) = 1.46 / 36.5 = 0.04 моль

2) n (NaOH) = n (HCl) = 0.04 моль

m (NaOH) = 0.04 × 40 = 1.6 г

Ответ: m раствора (NaOH) = 1.6/0.04 = 40г

Задача 4

Записаны уравнения, реакции которых осуществимы. Отмечены уравнения, реакции которых не осуществимы:

2NaNO₂ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2HNO₂

FeSO₄ + HCl → не осуществимо

CuSO₄ + H₂S = CuS↓ + H₂SO₄

FeBr₂ + CO₂ + H₂O → не осуществимо

Na₃PO₄ + H₃PO₄ → 3NaH₂PO₄

Na[Al(OH)₄] + 4HCl = NaCl + AlCl₃ + 4H₂O

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Варвара Гостюхина, учитель химии, высшей квалификационной категории, почетный работник общего образования РФ: