Хімія. Повторне видання. 8 клас. Савчин

§ 25. 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, їхні назви та класифікацію.

Фізичні властивості кислот. Кислоти — неорганічні речовини, які за нормальних умов майже всі є рідинами (H₂SO₄, HNO₃) або твердими речовинами (H₃PO₄, H₂SiO₃). Деякі з них — леткі (HCl, HNO₃). Кислоти переважно важчі за воду, безбарвні. Леткі кислоти мають запах. Характерною їхньою властивістю є здатність розчинятися у воді (виняток — H₂SiO₃). Оскільки спільними в складі кислот є атоми Гідрогену, то вони зумовлюють кисле середовище їхніх розчинів. Деякі з них, як-от: хлоридна, сульфатна, нітратна — токсичні й небезпечні для життя і функціонування живих організмів. Вони роз’їдають органічні речовини, спричиняють опіки. Під час роботи з кислотами необхідно дотримуватися правил безпеки.

Розглянемо докладніше фізичні властивості найпоширеніших у виробництві кислот.

Хлоридна кислота — водний розчин гідроген хлориду. Прозора рідина, що на повітрі «димить». У концентрованому розчині цієї кислоти масова частка гідроген хлориду становить 36-40 %. Вона 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 зображено на рисунку 27 (див. с. 74).

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

Сульфатна кислота — безбарвна рідина, нелетка, в’язка, з густиною 1,84 г/см³. Під час розчинення у воді сильно розігрівається, аж до закипання розчину, що 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 61.

Рис. 61. Модель молекули сульфатної кислоти

Нітратна кислота — безбарвна рідина з різким, задушливим запахом, летка. Концентрована кислота має жовте забарвлення, якого набуває внаслідок розчинення в ній нітроген(IV) оксиду. Масова частка кислоти в концентрованому розчині досягає 98 %. Вона руйнує білок. У разі потрапляння на шкіру спричиняє пожовтіння, опіки. Модель молекули нітратної кислоти зображено на рисунку 62.

Рис. 62. Модель молекули нітратної 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 її молекули зображено на рисунку 63.

Рис. 63. Модель молекули ортофосфатної кислоти

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. 64, с. 152), з якими ви вже ознайомлені. У шкільних лабораторіях переважно використовують такі: лакмус, метиловий оранжевий, фенолфталеїн, універсальний індикатор.

Рис. 64. Зміна забарвлення індикаторів у кислотах

Кислоти змінюють забарвлення індикаторів: лакмусу — на червоний, метилового оранжевого — на рожевий, універсальний індикаторний папір набуває червоного кольору.

2. Взаємодія кислот з металами.

Спільною властивістю кислот є їхня взаємодія з металами.

Якщо до порошку магнію долити хлоридну кислоту, відбувається характерне «закипання» суміші через інтенсивне виділення газу водню, що витіснився магнієм з кислоти. Рівняння реакції:

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑.

Так само виділення водню спостерігається, якщо до гранул цинку долити розчин сульфатної кислоти (рис. 65):

Zn + H₂SO₄ (розб.) = ZnSO₄ + H₂↑.

Рис. 65. Взаємодія цинку із сульфатною кислотою

• Складіть самостійно рівняння реакцій взаємодії сульфатної кислоти з магнієм і залізом.

Однак потрібно з’ясувати, чи всі метали однаково реагують з розчинами кислот. Щоб дати відповідь на це запитання, виконаємо лабораторний дослід 2.

Лабораторний дослід 2

ВЗАЄМОДІЯ ХЛОРИДНОЇ КИСЛОТИ З МЕТАЛАМИ

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

Обладнання та реактиви: штатив із 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 хлоридну кислоту об’ємом по 1 мл. Спостерігайте за перебігом хімічних реакцій.

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

Метал	Спостереження	Рівняння реакції	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 складені вами рівняння реакцій з поданими нижче. Чи відповідає ваш варіант тому, що в підручнику?

Рівняння реакцій:

Mg + 2НСl = MgCl₂ + H₂↑;

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑;

Cu + 2HCl =

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 ряд активності металів.

Виявлено, що метали, розміщені в ряді активності до водню, здатні 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 — реакції, що відбуваються між простою та складною речовинами, унаслідок чого атоми простої речовини заміщають атоми в складній.

Крім водню, під час реакції утворюється сіль відповідного металу.

• Наведіть самостійно приклади реакцій заміщення та складіть їхні рівняння.

3. Взаємодія кислот з основними оксидами (§ 22, с. 130-131).

Як приклади таких хімічних перетворень наведемо кілька рівнянь реакцій:

MgO + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂O;

BaO + 2HNO₃ = Ba(NO₃)₂ + H₂O.

На відміну від реакцій заміщення, у процесі взаємодії кислот з основними оксидами беруть участь дві складні речовини. Уважно розглянувши рівняння, побачимо, що під час цих перетворень відбувається обмін між складовими частинками речовин. Такий тип реакцій називають реакціями обміну.

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

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

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Кислоти за нормальних умов є рідинами або твердими речовинами. Вони 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 (крім нітратної) взаємодіють із металами, що в ряді активності розміщені до водню. Продуктами реакцій є сіль відповідного металу та водень.

• Реакції заміщення — 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 — реакції між двома складними речовинами, під час яких вони обмінюються складовими частинками.

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 їхні визначення.

5. Допишіть праві частини рівнянь, поставте коефіцієнти й визначте, до якого типу вони належать:

• а) Zn + HCl = ... + H₂↑;
• б) Al + H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + ...;
• в) Fe₂O₃ + HCl = ... + H₂O;
• г) К₂О + HNO₃ = ... + H₂O;
• ґ) Р + О₂ = ...;
• д) KClO₃ = KCl + ... .

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.