Хімія. 8 клас. Попель

§ 30. Властивості та використання кислот

Матеріал параграфа допоможе вам:

• з'ясувати фізичні властивості кислот;
• засвоїти хімічні властивості кислот;
• прогнозувати можливість реакції кислоти з металом;
• дізнатися про сфери використання кислот.

Фізичні властивості кислот. Усі кислоти мають молекулярну будову. Оскільки молекули притягуються одна до одної слабко (на відміну від протилежно заряджених йонів в основному оксиді чи основі), то кислоти мають низькі температури плавлення і майже всі за звичайних умов є рідинами. Вони розчиняються у воді (крім кислоти H₂SiO₃), у багатьох випадках — необмежено, тобто змішуються з водою в будь-яких співвідношеннях з утворенням розчинів. Під час розчинення деяких кислот виділяється значна кількість теплоти (мал. 56).

Мал. 56. Розчинення сульфатної кислоти у воді

Вам відомо, що безоксигенові кислоти є водними розчинами газів — сполук неметалічних елементів VI і VII груп із Гідрогеном (наприклад, H₂S, НСl). Ці гази виділяються зі своїх розчинів навіть за звичайних умов.

Леткою, тобто такою, що переходить у газуватий стан за помірного нагрівання, є нітратна кислота HNO₃, а також кілька інших. Леткі кислоти мають запах.

Ортофосфатна кислота Н₃РО₄, ортоборатна (борна) Н₃ВО₃, метасилікатна H₂SiO₃ — тверді речовини. Вони, а також сульфатна кислота H₂SO₄ є нелеткими.

Карбонатна і сульфітна кислоти існують лише у водному розчині. Відповідні оксиди взаємодіють із водою неповною мірою, а кислоти, що утворюються, частково розкладаються на оксиди і воду:

СО₂ + Н₂О ⇄ Н₂СО₃;

SO₂ + Н₂О ⇄ H₂SO₃.

Більшість кислот — токсичні речовини. Вони спричиняють серйозні отруєння, опіки шкіри. Тому працювати з кислотами, як і з лугами, потрібно обережно, дотримуючись правил безпеки. При потраплянні розчину кислоти на руку слід змити його водою, обробити шкіру розбавленим розчином харчової соди (для знешкодження залишків кислоти) і знову промити водою.

Хімічні властивості кислот. Здатність кислот реагувати з іншими речовинами значною мірою залежить від їх активності, стійкості, леткості, розчинності у воді. На це звертатимемо увагу, розглядаючи хімічні властивості кислот.

Кислоти виявляють різну хімічну активність. Дуже активні кислоти називають сильними, а малоактивні — слабкими. Є ще й кілька кислот середньої сили. Приклади сполук кожної групи (див. також форзац II):

Дія на індикатори. Кислоти у водних розчинах змінюють забарвлення індикаторів (мал. 57), але не всіх і не так, як луги.

Мал. 57. Забарвлення індикаторів У воді (а) та розчині кислоти (б)

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 4

Дія водних розчинів кислот на індикатори

У три пробірки налийте по 1—2 мл розчину сульфатної кислоти. У будь-якій пробірці змочіть скляну паличку розчином кислоти й доторкніться нею до універсального індикаторного папірця. Як змінюється колір індикатора?

В одну пробірку з розчином кислоти добавте 1—2 краплі розчину лакмусу, у другу — стільки ж розчину фенолфталеїну, а в третю — метилоранжу. Що спостерігаєте? Яким індикатором не можна виявити кислоту?

Реакції з металами. Усі безоксигенові кислоти, сульфатна кислота (у розбавленому розчині) та деякі інші реагують із металами з виділенням водню й утворенням солей (мал. 58):

Мал. 58. Реакція хлоридної кислоти з алюмінієвою монетою (2 коп. випуску 1992 р.)

Під час таких реакцій атоми металічного елемента, які містяться в простій речовині, заміщують атоми Гідрогену у складній речовині.

Реакцію між простою і складною речовинами, у результаті якої утворюються нові проста і складна речовини, називають реакцією заміщення.

Микола Миколайович Бекетов (1827—1911)

Видатний російський і український хімік, академік Петербурзької академії наук. Дослідив реакції солей у водних розчинах із металами і воднем. Запропонував витискувальний ряд, або ряд активності металів (1865). Розробив та описав один із методів добування металів — металотермію. Сприяв становленню фізичної хімії — однієї з найважливіших хімічних наук. Працював професором у Харківському університеті (1855—1887), уперше читав курс лекцій із фізичної хімії як самостійної наукової дисципліни. Був президентом Російського фізико-хімічного товариства.

Зі щойно вказаними кислотами взаємодіють не всі метали. Передбачити можливість реакції між металом і кислотою можна за допомогою ряду активності металів. Його склав вітчизняний хімік Μ. М. Бекетов на підставі вивчення реакцій металів із кислотами і солями. Наводимо цей ряд у сучасному вигляді (див. також форзац II):

Формула неметалу водню поділяє ряд на дві частини. Метали, розміщені в його лівій частині, взаємодіють із хлоридною і розбавленою сульфатною кислотами з виділенням водню, а розміщені праворуч — не реагують із ними (мал. 59):

Ag + НСl ↛

Cu + H₂SO₄(розб.) ↛

Мал. 59. Відношення металів до розбавленого розчину сульфатної кислоти

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД № 5

Взаємодія хлоридної кислоти з металами

Візьміть дві пробірки. В одну пробірку помістіть залізний цвях, в іншу — трохи порошку чи стружки магнію. Дослідіть відношення кожного металу до розбавленої хлоридної кислоти.

Який метал активніше реагує з кислотою? Чи узгоджуються результати досліду із розміщенням заліза і магнію в ряду активності металів?

Складіть хімічні рівняння. Зважте на те, що Ферум у продукті реакції має ступінь окиснення +2.

Під час взаємодії нітратної кислоти, а також концентрованого розчину сульфатної кислоти¹ з металами замість водню утворюються інші речовини (мал. 60). Такі реакції розглядатимемо в 9 класі.

¹ Концентрований розчин містить значно більше кислоти, ніж води.

Мал. 60. Реакція міді з нітратною кислотою

Реакції з основними оксидами та основами. Характерною властивістю всіх кислот є здатність взаємодіяти зі сполуками протилежного типу — основними оксидами й основами. Продукти кожної реакції — сіль і вода:

Li₂O + 2HCl = 2LiCl + H₂O;

Ca(OH)₂ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + 2H₂O.

Про такі хімічні перетворення йшлося в попередніх параграфах.

Реакції із солями. Взаємодія кислоти із сіллю є реакцією обміну. Назвемо випадки, коли ці реакції відбуваються (мал. 61).

Мал. 61. Реакції кислот із солями

• Продукт реакції — сіль або кислота — є нерозчинним у воді (це з’ясовуємо за таблицею розчинності):

ВаСl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2НСl;

Na₂SiO₃ + 2HNO₃ = 2NaNO₃ + H₂SiO₃↓.

• Кислота-продукт є леткою чи походить від газуватої сполуки або розкладається з утворенням газу:

(Скорочення «тв.» означає «тверда речовина», а «конц.» — «концентрований розчин».)

• Кислота, що вступає в реакцію, є сильною, а кислота, яка утворюється, — слабкою. Прикладами можуть слугувати три останні реакції.

Термічний розклад оксигеновмісних кислот. Оксигеновмісні кислоти під час нагрівання, а карбонатна і сульфітна — за звичайних умов, розкладаються з утворенням відповідних кислотних оксидів і води:

Одним із продуктів розкладу сульфатної кислоти при помірному нагріванні є сульфур(VІ) оксид, який при сильному нагріванні також розкладається:

Реакція термічного розкладу нітратної кислоти має певну особливість. Ця сполука розкладається на три речовини — нітроген(ІV) оксид, кисень і воду (оксид Ν₂Ο₅, який відповідає нітратній кислоті, надто нестійкий):

Викладений матеріал підсумовує схема 8.

Схема 8

Хімічні властивості кислот

Використання кислот. Найчастіше застосовують сульфатну, хлоридну, нітратну й ортофосфатну кислоти (табл. 10). Їх добувають на хімічних заводах у великій кількості.

Розчин сульфатної кислоти заливають в акумулятори автомобілів, а розчин борної кислоти застосовують як дезінфікуючий засіб. У побуті використовують і органічні кислоти: оцтову кислоту СН₃СООН (оцет — її розбавлений водний розчин), лимонну кислоту (консервант), аскорбінову кислоту (вітамін С).

Таблиця 10

Використання кислот

Кислота	Галузь використання
H2SO4	Виробництво інших кислот, солей, добрив, барвників, ліків, очищення нафтопродуктів
HCl	Виробництво солей, фарб, ліків
HNO3	Виробництво добрив, вибухових речовин, барвників
H3PO4	Виробництво добрив, мийних засобів

ВИСНОВКИ

Кислоти — молекулярні речовини, розчинні у воді. Вони змінюють забарвлення індикаторів, але не так, як луги.

Безоксигенові кислоти і розбавлена сульфатна кислота взаємодіють із більшістю металів з виділенням водню й утворенням солей. Такі реакції називають реакціями заміщення. Можливість їх перебігу визначають за допомогою ряду активності металів.

Кислоти реагують з основними оксидами й основами з утворенням солей і води, а також із солями (продукти реакції — інші кислота і сіль). Оксигеновмісні кислоти розкладаються при нагріванні.

Кислоти широко використовують у різних сферах.

• 234. Назвіть характерні фізичні властивості кислот. Чим вони зумовлені?
• 235. Чи можна розрізнити за допомогою лакмусу, фенолфталеїну, універсального індикатора розчини кислоти і лугу? Якщо так, то як саме?
• 236. Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння:

a) Mg + НВr →

ВаО + HNO₃ →

NaOH + H₂S →

б) Lі₂О + H₂SO₄ →

Fe(OH)₂ + HNO₃ →

K₂SiO₃ + Н₃РО₄ →

• 237. Замість крапок напишіть формули кислот-реагентів, продуктів реакцій і перетворіть схеми на хімічні рівняння:

a) Fe + ... → FeCl₂ + ...;

Lі₂О + ... → Lі₃РО₄ + ...;

KOH + ... → ΚΝO₃ + ...;

б) Al + ... → Al₂(SO₄)₃ + ...;

Cr(OH)₂ + ... → CrSO₄ + ...;

AgNO₃ + ... → AgI↓ + ... .

• 238. Напишіть рівняння реакцій (якщо вони відбуваються) між розбавленою сульфатною кислотою і такими речовинами:

а) цинк;

б) срібло;

в) карбон(ІV) оксид;

г) фторидна кислота;

ґ) барій гідроксид;

д) плюмбум(ІІ) нітрат.

• 239. Для кожного перетворення напишіть по два хімічних рівняння:

а) НСl → СаСl₂;

б) H₂S → K₂S;

в) Н₃РО₄ → Ва₃(РО₄)₂.

• 240. Щоб здійснити реакцію між натрій хлоридом і сульфатною кислотою, до твердої солі додають чисту кислоту і нагрівають цю суміш. Поясніть, чому не використовують розчини сполук і для чого необхідне нагрівання.
• 241. За матеріалами з інтернету підготуйте повідомлення про використання фторидної (плавикової) кислоти.
• 242. Яка маса сульфатної кислоти потрібна для нейтралізації 8 г натрій гідроксиду?
• 243. У результаті реакції достатньої кількості хлоридної кислоти із 10 г суміші порошків срібла і цинку виділилося 0,7 л водню (н. у.). Обчисліть масову частку срібла в суміші.
• 244. Під час розкладу нітратної кислоти виділилося 11,2 л суміші газів (н. у.). Визначте масу кислоти, що розклалася.

ДОМАШНІЙ ЕКСПЕРИМЕНТ

Дія на сік буряка лимонного соку, розчину харчової соди, мильного розчину

Сік столового буряка містить забарвлену речовину, що є індикатором. Пропонуємо виконати з ним такий експеримент.

Приготуйте столову ложку соку столового буряка, а також невеликі кількості водних розчинів харчової соди і господарчого мила.

Налийте в чотири полімерні стаканчики по 20—30 мл води і однакові порції соку буряка. Вміст посудин перемішайте.

Додайте в один стаканчик 1/2 чайної ложки лимонного соку, у другий — чайну ложку розчину харчової соди, у третій — стільки ж мильного розчину. Вміст четвертого стаканчика слугуватиме для порівняння забарвлень.

Що спостерігаєте? У яких розчинах виявлено луг, кислоту?

Результати експерименту запишіть у зошит.

Зробіть коротке повідомлення про ваше дослідження на уроці хімії.