Хімія. 8 клас. Савчин

§ 28. Фізичні та хімічні властивості кислот

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

  • розрізняти фізичні властивості кислот;
  • визначати зміну забарвлення індикаторів у кислому середовищі:
  • характеризувати хімічні властивості кислот;
  • наводити приклади рівнянь реакцій, що характеризують хімічні властивості кислот;
  • прогнозувати перебіг реакцій взаємодії кислот з металами;
  • досліджувати хімічні властивості кислот.

Пригадайте, які речовини називають кислотами, їх назви та класифікацію.

Фізичні властивості кислот. Кислоти — це неорганічні речовини, які за нормальних умов майже всі є рідинами (H2SO4, HNO3) або твердими речовинами (Н3РО4, H2SiO3). Деякі з них — леткі (НСl, HNO3). Кислоти переважно важчі за воду, безбарвні. Леткі мають запах. Характерною їх властивістю є здатність розчинятися у воді (виняток — H2SiO3). Оскільки спільними в складі кислот є атоми Гідрогену, то вони зумовлюють кисле середовище їх розчинів. Деякі з них, як-от: хлоридна, сульфатна, нітратна, є токсичними й небезпечними для життя і функціонування живих організмів. Вони роз’їдають органічні речовини, спричиняють опіки. Під час роботи з кислотами необхідно дотримуватися правил безпеки.

Розглянемо більш докладно фізичні властивості найпоширеніших у виробництві кислот.

Хлоридна кислота — це водний розчин гідроген хлориду. Прозора рідина, що на повітрі «димить». У концентрованому розчині цієї кислоти масова частка гідроген хлориду становить 36-40 %. Важча за воду. Має характерний різкий запах. Вдихання парів концентрованої хлоридної кислоти викликає подразнення й опіки дихальних шляхів. Під час роботи з хлоридною кислотою потрібно дотримуватися правил техніки безпеки. Модель молекули хлоридної кислоти подано в § 14 (рис. 26, с. 80).

У лабораторії хлоридну кислоту добувають розчиненням гідроген хлориду у воді. Гідроген хлорид (хлороводень — традиційна назва) добувають шляхом взаємодії натрій хлориду (NaCl) з концентрованою сульфатною кислотою за нагрівання:

Сульфатна кислота — безбарвна рідина, нелетка, в’язка.

Густина — 1,84 г/см3. Під час розчинення у воді сильно розігрівається, аж до закипання розчину, що, у свою чергу, спричиняє його розбризкування. Щоб уникнути цього, потрібно кислоту вливати у воду, а не навпаки. Характерною властивістю концентрованої сульфатної кислоти є здатність легко вбирати вологу (гігроскопічність). Цю властивість часто застосовують у промисловості для осушення газів. Модель молекули сульфатної кислоти зображено на рисунку 64.

Рис. 64. Модель молекули сульфатної кислоти

Нітратна кислота — безбарвна рідина з різким, задушливим запахом, летка. Концентрована — має жовте забарвлення, якого набуває за рахунок розчинення в ній нітроген(ІV) оксиду. Масова частка кислоти в концентрованому розчині досягає 98 %. Руйнує білок. У разі потрапляння на шкіру спричиняє пожовтіння, опіки. Модель молекули нітратної кислоти зображено на рисунку 65.

Рис. 65. Модель молекули нітратної кислоти

Рис. 66. Модель молекули ортофосфатної кислоти

Ортофосфатна кислота — безбарвна, тверда кристалічна речовина. Добре розчинна у воді, важча за воду. За температури вище 40 °С перетворюється на в’язку безбарвну рідину. На відміну від інших кислот — не отруйна. Модель молекули зображено на рисунку 66.

Хімічні властивості кислот. Вам відомо, що до складу неорганічних кислот входять атоми Гідрогену, що є спільним для цього класу сполук, і кислотні залишки.

Наявність у молекулах кислот атомів Гідрогену зумовлює подібні хімічні властивості. Дослідимо їх, використавши хімічний експеримент.

1. Зміна забарвлення індикаторів.

У хімії для визначення кислого або лужного середовища розчинів застосовують розчини індикаторів (рис. 67), з якими ви вже ознайомлені. У шкільних лабораторіях переважно використовують такі: лакмус, метиловий оранжевий, фенолфталеїн, універсальний індикатор.

Дію розчинів кислот на індикатори будемо спостерігати, виконуючи лабораторні досліди.

Рис. 67. Зміна забарвлення індикаторів у різних кислотах

Лабораторний дослід 2

ДІЯ РОЗЧИНІВ КИСЛОТ НА ІНДИКАТОРИ

Завдання. Дослідіть, як діють кислоти на індикатори. З’ясуйте дослідним шляхом, чи всі індикатори можна використовувати для виявлення кислот у розчинах.

Обладнання й реактиви: штатив з пробірками або пластина із заглибинами, хлоридна кислота, розчин сульфатної кислоти, розчини індикаторів — лакмусу, метилового оранжевого, фенолфталеїну; універсальний індикаторний папір.

Увага! Повторіть правила безпеки під час роботи з кислотами та дотримуйтеся їх, виконуючи досліди.

Хід роботи

1. Налийте в пробірки або внесіть у заглибини пластини по 0,5 мл хлоридної кислоти й додайте почергово по 1-2 краплі розчинів індикаторів (рис. 68).

Краплю хлоридної кислоти нанесіть на універсальний індикаторний папір. Проробіть аналогічні досліди з розчином сульфатної кислоти. Отримані результати внесіть у таблицю.

Індикатори

Забарвлення індикаторів у кислотах

хлоридній

сульфатній

Лакмус

Метиловий оранжевий

Фенолфталеїн

Універсальний індикаторний папір

Рис. 68. Дія хлоридної кислоти на індикатори

Рис. 69. Взаємодія цинку з сульфатною кислотою

2. Зробіть висновок про дію кислот на індикатори. Чи однаково діють ці кислоти на індикатори?

З рисунка 68 (с. 157) видно, що фенолфталеїн не змінює забарвлення в кислому середовищі. Усі інші індикатори (лакмус, метиловий оранжевий, універсальний індикаторний папір), як ви спостерігали під час виконання лабораторних дослідів, набувають червоного забарвлення різних відтінків. Застосувавши індикатори, можна розпізнати кислоти серед інших речовин.

2. Взаємодія кислот з металами.

Спільною властивістю кислот є їх взаємодія з металами. Якщо до порошку магнію долити хлоридної кислоти, відбувається характерне «закипання» суміші через інтенсивне виділення газу водню, що витіснився магнієм з кислоти. Рівняння реакції:

Mg + 2НСl = MgCl2 + H2↑.

Аналогічно виділення водню спостерігається, якщо до гранул цинку долити розчину сульфатної кислоти (рис. 69):

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑.

Напишіть самостійно рівняння реакцій взаємодії сульфатної кислоти з магнієм і залізом.

Однак необхідно з’ясувати, чи всі метали однаково реагують з розчинами кислот. Щоб дати відповідь на це запитання, пропонуємо виконати лабораторний дослід 3.

Лабораторний дослід З

ВЗАЄМОДІЯ ХЛОРИДНОЇ КИСЛОТИ З МЕТАЛАМИ

Завдання. Дослідіть, як взаємодіє хлоридна кислота з металами. Зробіть відповідні висновки.

Обладнання й реактиви: штатив з пробірками, хлоридна кислота, порошки металів — магнію, заліза, міді.

Увага! Повторіть правила безпеки під час роботи з кислотами та дотримуйтеся їх, виконуючи досліди.

Хід роботи

Всипте приблизно однакову кількість порошку магнію, заліза, міді в три пробірки. До кожної з них долийте розчин сульфатної кислоти об’ємом по 1 мл. Спостерігайте за перебігом хімічних реакцій.

Внесіть у таблицю результати спостережень. Напишіть рівняння реакцій, де це можливо, і зробіть відповідні висновки.

Метал

Спостереження

Рівняння реакцій

Висновок

Mg

Fe

Cu

Загальний висновок: _________ .

Отже, у пробірці з магнієм інтенсивно виділяється водень, із залізом — теж відбувається реакція, проте значно повільніше. А мідь із розчином хлоридної кислоти не взаємодіє.

Звірте написані вами рівняння реакцій з нижчеподаними. Чи відповідає ваш варіант тому, що в підручнику?

Рівняння реакцій:

Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2↑;

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑;

Cu + H2SO4

Це дослідження наштовхнуло вчених на думку про те, що хімічна активність металів є неоднаковою. Одні метали проявляють більшу, інші — меншу активність під час хімічних перетворень.

На основі експериментальних досліджень російський учений М. Бекетов розмістив метали у витиску вальний ряд металів.

Виявлено, що метали, розташовані в ряді до водню, мають здатність витискувати його з кислот, утворюючи просту речовину водень (виняток — нітратна кислота). П’ять металів, які розміщені після водню, з розчинами кислот не реагують. Кожний наступний метал у ряді є менш хімічно активний, ніж попередній. Самі ж метали заміщають атоми Гідрогену в кислоті. Такий тип реакцій називають реакціями заміщення.

Реакції заміщення — це реакції, що відбуваються між простою та складною речовинами, унаслідок чого атоми простої речовини заміщають атоми в складній.

Окрім водню, під час реакції утворюється сіль відповідного металу.

Наведіть самостійно приклади реакцій заміщення та напишіть їх рівняння.

3. Взаємодія кислот з основними оксидами (§ 24, с. 134-135).

Як приклади таких хімічних перетворень можна навести рівняння реакцій:

MgO + H2SO4 = MgSO4 + Η2Ο;

BaO + 2ΗΝΟ3 = Ba(NO3)2 + Η2Ο.

На відміну від попереднього типу реакцій, у процесі взаємодії кислот з основними оксидами беруть участь дві складні речовини. Якщо уважно розглянути рівняння, то можна побачити, що під час цих перетворень відбувається обмін між складовими частинками речовин. Такий тип реакцій називають реакціями обміну.

Реакції обміну — це реакції між двома складними речовинами, під час яких вони обмінюються складовими частинами.

Пригадайте ще два типи хімічних реакцій, які ви вивчили в 7 класі. Сформулюйте їх визначення.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

  • Кислоти за нормальних умов є рідинами або твердими речовинами. Важчі за воду, безбарвні. Добре розчиняються у воді. Водні розчини — кислі на смак, роз’їдають органічні речовини.
  • Кислоти змінюють забарвлення індикаторів: лакмусу — на червоний, метилового оранжевого — на рожевий, універсальний індикаторний папір набуває червоного кольору.
  • Кислоти (за винятком нітратної) взаємодіють із металами, що у витискувальному ряді розташовані до водню. Продуктами реакцій є сіль відповідного металу та водень.
  • Реакції заміщення — це реакції, що відбуваються між простою та складною речовинами, унаслідок чого атоми простої речовини заміщають атоми в складній.
  • Кислоти взаємодіють з основними оксидами з утворенням солі та води.
  • Реакції обміну — це реакції між двома складними речовинами, під час яких вони обмінюються складовими частинами.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

  • 1. Поясніть, як дослідити зміну забарвлення індикаторів у кислому середовищі.
  • 2. Охарактеризуйте загальні фізичні властивості кислот.
  • 3. Охарактеризуйте на конкретних прикладах взаємодію кислот із: а) металами; б) основними оксидами.
  • 4. Наведіть приклади реакцій: а) заміщення; б) обміну. Сформулюйте їх визначення.
  • 5. Допишіть праві частини рівнянь, поставте коефіцієнти й визначте, до якого типу вони належать: a) Zn + НСl = ... + Н2↑; б) Al + H2SO4 = AI2(SO4)3 + ... ; в) Fe2O3 + НСl = ... + Н2О; г) K2O + ΗΝΟ3 = ... + Н2О; ґ) Р + О2 = ... ; д) КСlО3 = КСl + ... .
  • 6. На кальцій оксид масою 11,2 г подіяли розчином нітратної кислоти до повного розчинення. Обчисліть масу й кількість речовини утвореної середньої солі.
  • 7. Алюміній кількістю речовини 0,3 моль повністю прореагував з розчином сульфатної кислоти. Обчисліть масу солі й об’єм газу (н. у.), що виділився під час реакції.

ДОСЛІДЖУЄМО ВДОМА

Дослід 1. Заваріть невелику порцію чаю та розділіть на дві частини. До першої частини додайте сік лимона, до другої — половину чайної ложки оцту. Порівняйте результати досліджень. Що спостерігаєте? Поясніть спостережувані явища.

Дослід 2. Покладіть у дві склянки приблизно однакові порції алюмінію (подрібнений алюмінієвий дріт) і заліза (залізний цвях). Залийте їх оцтом і поставте на кілька годин у безпечне місце. Що спостерігаєте? Поясніть спостережувані явища.