Хімія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

7.3. Кислоти

Кислоти — це складні речовини, молекула яких містять один або кілька атомів Гідрогену, що можуть заміщуватися на атоми (йони) металічних елементів (або амонію).

Групу атомів (негативно заряджений іон), що залишається після відщеплення від молекули кислоти йонів Гідрогену, називають кислотним залишком.

Класифікація кислот

І. За ознакою відсутності чи наявності Оксигену в молекулі кислоти поділяють на оксигеновмісні і безоксигенові. Найважливіші оксигеновмісні кислоти подано в таблиці:

Формула	Назва		Формула (валентність кислотного залишку)	Назва кислотного залишку
	хімічна	тривіальна
HNO3	нітратна	азотна	NO3 (І)	нітрат
H2SO4	сульфатна	сірчана	SO4 (II)	сульфат
H2SO3	сульфітна	сірчиста	SO3 (II)	сульфіт
Н2СО3	карбонатна	вугільна	CO3 (II)	карбонат
H2SiO3	силікатна	кремнієва	SiO3 (II)	силікат
Н3РО4	ортофосфатна	фосфорна	РО4 (III)	ортофосфат
НРО3	метафосфатна	метафосфорна	РО3 (I)	метафосфат
HNO2	нітритна	азотиста	NO2 (I)	нітрит
HMnO4	перманганатна	марганцева	MnO4 (I)	перманганат

Безоксигенових кислот відомо небагато. Найважливіші з них подано в таблиці:

Формула	Назва		Формула (валентність кислотного залишку)	Назва кислотного залишку
	хімічна	тривіальна
HF	фторидна	фтороводнева, плавикова	F (I)	флуорид
HCl	хлоридна	хлороводнева, соляна	Cl (I)	хлорид
НВr	бромідна	бромоводнева	Вr (I)	бромід
НI	йодидна	йодоводнева	I (I)	йодид
H2S	сульфідна	сірководнева	S (II)	сульфід

II. За кількістю атомів Гідрогену¹ в молекулі кислоти поділяють на:

• одноосновні: НСl, HBr, HNO₃, HNO₂
• двохосновні: H₂SO₄, H₂SO₃, Н₂СО₃, H₂S
• трьохосновні: Н₃РО₄, Н₃ВО₃, H₃AsO₄

¹ Кількість атомів Гідрогену визначає валентність кислотного залишку й основність кислоти.

III. За здатністю дисоціювати у водному розчині, а також за хімічною активністю кислоти поділяють на:

• сильні: НСlО₄, HNO₃, HI, HBr, НСl, H₂SO₄
• середньої сили: H₃PO₄, HF, HNO₂
• слабкі: Н₂СО₃, H₂S, H₂SiO₃

Порівнювати силу безоксигенових кислот можна, виходячи з розміщення кислотоутворювального елемента в Періодичній таблиці Д. І. Менделєєва:

• у періоді сила безоксигенових кислот зростає зі збільшенням порядкового номера елемента, тому що підвищується ступінь окиснення кислотоутворювального елемента, його електронегативність і, як результат, полярність зв’язку Е-Н в кислоті зростає. Саме це приводить до полегшення дисоціації кислоти, а відповідно до зростання її сили;
• у підгрупах сила безоксигенових кислот зростає зі збільшенням порядкового номера елемента. Пояснення цього таке: збільшується радіус атома, це приводить до зменшення міцності зв’язку Е-Н, а тому дисоціація полегшується і відповідно сила кислот зростає.

Графічні формули кислот

Безоксигенові кислоти

Н-Сl

Н-Вr

Фізичні властивості кислот

Більшість кислот є рідинами: сульфатна H₂SO₄, нітратна HNO₃. Тверді речовини: ортофосфатна Н₃РО₄, борна Н₃ВО₃. Інші кислоти є водними розчинами газоподібних речовин: хлоридна — гідроген хлориду НСl, бромідна — гідроген броміду НВr, йодидна — гідроген йодиду НІ, фторидна — гідроген флуориду HF, сульфідна — гідроген сульфіду H₂S. Усі кислоти кислі на смак, роз’їдають рослинні й тваринні тканини.

Хімічні властивості кислот

Загальні властивості кислот у водних розчинах обумовлені наявністю в розчині йонів Н⁺, які утворюються внаслідок електролітичної дисоціації молекул кислот:

НСl ⇄ Н⁺ + Сl^-

HNO₃ ⇄ H⁺ + NO^-₃

1. Кислоти взаємодіють з металами, які розміщуються в ряду активності металів зліва від водню. Утворюється сіль і виділяється газ — водень.

Однак такі кислоти, як нітратна і концентрована сульфатна, взаємодіють з металами, розміщеними у витискувальному ряду і зліва, і справа від водню, але водень не витісняють.

2. Кислоти взаємодіють з основними оксидами, утворюючи сіль і воду:

MgO + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + 2Н₂О

3ВаО + 2Н₃РО₄ = Ва₃(РО₄)₂ + 3Н₂О

К₂О + H₂SO₄ = K₂SO₄ + Н₂О

3. Кислоти взаємодіють з амфотерними оксидами, утворюючи сіль і воду:

Аl₂О₃ + 6НСl = 2АlСl₃ + 3Н₂О

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ +Н₂О

4. Кислоти взаємодіють з основами, утворюючи відповідні солі й воду (реакції нейтралізації):

Са(ОН)₂ + 2НСl = СаСl₂ + 2Н₂О

3КОН + Н₃РО₄ = К₃РО₄ + 3Н₂О

NaOH + HNO₃ = NaNO₃ + Н₂О

Якщо в реакції бере участь багатоосновна кислота чи багатокислотна основа, то можна одержати не лише середні, а й кислі та основні солі.

5. Кислота взаємодіють з амфотерними гідроксидами:

Аl(ОН)₃ + 3HNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3Н₂О

3Zn(OH)₂ + 2Н₃РО₄ = Zn₃(PO₄)₂ + 6Н₂О

6. Кислоти взаємодіють із солями, однак ці реакції відбуваються лише за таких умов:

• а) якщо серед продуктів можна виявити нерозчинну у воді сіль, яка випадає в осад;
• б) якщо утворюється слабка кислота (Н₂СО₃, H₂SO₃, H₂S). Такі кислоти відразу ж розкладаються: карбонатна Н₂СО₃ — на карбон(ІV) оксид (СО₂) і воду, сульфітна H₂SO₃ — на сульфур(ІV) оксид та воду.

Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HNO₃

Ba²⁺ + SO^2-₄ = BaSO₄↓

3AgNO₃ + H₃PO₄ = Ag₃PO₄↓ + 3HNO₃

3Ag⁺ + PO^3-₄ = Ag₃PO₄↓

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + CO₂↑ + H₂O

CO^2-₃ + 2H⁺ = CO₂↑ + H₂O

7. Унаслідок нагрівання більшість оксигеновмісних кислот розкладається:

Отримання кислот

1. Оксигеновмісні кислоти отримують взаємодією кислотних оксидів з водою:

SO₂ + Н₂О ⇄ H₂SO₃

SO₃ + H₂O ⇄ H₂SO₄

N₂O₅ + Н₂О = 2HNO₃

2. Деякі леткі або нерозчинні у воді кислоти можна отримувати унаслідок дії інших кислот на солі:

K₂SiO₃ + 2НСl = 2КСl + H₂SiO_3↓

2NaNO₃ (тв) + H₂SO₄ (конц.) = Na₂SO₄ + 2HNO₃↑

NaCl (тв) + H₂SO₄(конц.) = NaHSO₄ + HCl↑

Дві останні реакції демонструють лабораторні способи отримання летких кислот.

3. Безоксигенові кислоти одержують розчиненням у воді сполук кислотоутворювальних елементів з Гідрогеном, які попередньо отримують синтезом із простих речовин.

Н₂ + Сl₂ = 2НСl (гідроген хлорид)

Н₂ + I₂ = 2НІ (гідроген йодид)

Н₂ + S = H₂S (гідроген сульфід)