Конспект урока: Неорганические и органические кислоты

План урока

• Физические свойства кислот
• Химические свойства кислот
• Получение кислот
• Применение кислот

Цели урока

• понимать, чем обусловлены физические и химические свойства кислот
• знать особенности химических реакций кислот
• уметь составлять реакции с кислотами
• знать способы получения кислот и уметь составлять соответствующие реакции

 

Вступление

Рис. 1. К. Шееле

Кислоты являются одними из самых распространённых соединений. Например, ещё в X веке алхимикам удалось получить серную кислоту при прокаливании солей — сульфатов (купоросов). Но это установлено не совсем точно. По крайней мере человечество с ней знакомо около тысячи лет. Отсюда произошло историческое название серной кислоты — купоросное масло. Именно под таким названием серная кислота была известна в России.

 

С органическими кислотами знакомство состоялось несколько позже. Так, благодаря работам известного шведского химика Карла Вильгельма Шееле к концу XVIII века стало известно около десяти различных органических кислот. Он выделил и описал щавелевую, лимонную, молочную и другие кислоты.

Физические свойства кислот

Общая формула кислот $H_{n} A_{c} ,$ где n — число атомов водорода, равное заряду иона кислотного остатка, $A_{c}$ — кислотный остаток.

Многие кислоты, например серная, азотная, соляная, — бесцветные жидкости. 

Также известны твёрдые кислоты: ортофосфорная $H_{3} PO_{4} ,$ метафосфорная $HPO_{3} ,$борная $H_{3} BO_{3} .$ 

Почти все кислоты растворимы в воде. Существует и нерастворимая кислота — кремниевая $H_{2} SiO_{3} .$

Органические (карбоновые) кислоты имеют тоже свои особенности. В жидком состоянии и в растворах молекулы карбоновых кислот образуют межмолекулярные водородные связи, которые вызывают притяжение и ассоциацию молекул карбоновых кислот. Таким образом молекулы карбоновых кислот с помощью водородных связей соединены в димеры.

Это приводит к увеличению растворимости в воде и высоким температурам кипения низших карбоновых кислот.

С увеличением молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьшается.

Химические свойства кислот

Исходя из теории электролитической диссоциации, можно утверждать, что кислоты — электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются катионы водорода: $HCl = H^{+} + Cl^{-}$.

Взаимодействие с основаниями

Кислоты способны реагировать как с растворимыми, так и с нерастворимыми основаниями. С растворимыми основаниями (щелочами) будет протекать реакция нейтрализации, а с нерастворимыми — растворение осадка. Обе реакции будут протекать по типу ионного обмена. 

Решение

1. Запишем молекулярное уравнение реакции: 

$3 HNO_{3} + Fe \left( OH \right)_{3} = Fe \left( NO_{3} \right)_{3} + 3 H_{2} O$.

В данном случае амфотерный гидроксид нерастворим в воде. 

2. Запишем реакцию в полном ионном виде:

$3 H^{+} + 3 \left(NO_{3}\right)^{-} + Fe \left( OH \right)_{3} \rightarrow Fe^{3 +} + 3 \left(NO_{3}\right)^{-} + 3 H_{2} O$.

3. Запишем сокращённое ионное уравнение: 

$3 H^{+} + Fe \left( OH \right)_{3} \rightarrow Fe^{3 +} + 3 H_{2} O$.

Взаимодействие с металлами 

Кислоты взаимодействуют и с металлами. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция. Однако минеральные кислоты и кислоты-окислители взаимодействуют по-разному.

К минеральным кислотам относятся соляная кислота $HCl ,$разбавленная серная кислота $H_{2} SO_{4} ,$ фосфорная кислота $H_{3} PO_{4} ,$ плавиковая кислота $HF ,$ бромоводородная $HBr$ и йодоводородная $HI$ кислоты.

Здесь следует помнить, что в реакцию с минеральными кислотами вступают только металлы до водорода в ряду активности.

Решение

1. Запишем реакцию между цинком и раствором серной кислотой: 

$Zn^{0} + H^{+ 1} S^{+ 6} \left(O_{4}\right)^{- 2} \rightarrow Zn^{+ 2} S^{+ 6} \left(O_{4}\right)^{- 2} + \left(H_{2}\right)^{0}$.

2. Запишем окислительно-восстановительный процесс этой реакции:

$Zn^{0} - 2 \bar{e} \rightarrow Zn^{+ 2}$          2            1           восстановитель,

                                                         2

$2 H^{+} + 2 \bar{e} \rightarrow \left(H_{2}\right)^{0}$             2            1           окислитель,

3. Расставим коэффициенты:  $Zn + H_{2} SO_{4} \rightarrow ZnSO_{4} + H_{2}$.

Взаимодействие с солями 

Кислоты взаимодействуют с солями, но только в том случае, если в ходе реакции происходит образование газообразного вещества, малорастворимого или нерастворимого соединения, воды.

Решение

1. Запишем реакцию между раствором серной кислоты и хлоридом бария. Уравняем и отметим растворимость:  

$H_{2} SO_{4} + BaCl_{2} \rightarrow BaSO_{4} \downarrow + 2 HCl$.

                                                            ^{Р                       Р                         Н                               Р}

При составлении уравнений следует помнить, что должен образоваться осадок, газ или вода. В данном случае выпадает осадок.

2. Запишем реакцию в полном ионном виде:

$2 H^{+} + \left(SO_{4}\right)^{2 -} + Ba^{2 +} + 2 Cl^{-} \rightarrow BaSO_{4} \downarrow + 2 H^{+} + 2 C l^{-}$.

3. Запишем сокращённое ионное уравнение: 

$Ba^{2 +} + \left(SO_{4}\right)^{2 -} \rightarrow BaSO_{4} \downarrow$.

Получение кислот

Существует три наиболее распространённых метода получения кислот. Все они связаны с протекающими химическими реакциями.

Например, бескислородные кислоты получают при растворении в воде газообразных соединений неметаллов с водородом. Так, например, соляная кислота образуется в результате растворения газа хлороводорода $HCl$ в воде, а сероводородная кислота образуется при растворении газа сероводорода $H_{2} S$ в воде. А вот газообразные соединения можно получить в реакциях соединения водорода с соответствующими неметаллами:

$H_{2} + Cl_{2} \rightarrow 2 HCl$.

Также кислородсодержащие кислоты можно получить взаимодействием соответствующих кислотных оксидов с водой:

$N_{2} O_{5} + H_{2} O \rightarrow 2 HNO_{3}$.

Кислоты можно получить из соответствующих солей. Реакции обмена протекают в соответствии с вытеснительным рядом кислот, в котором каждая последующая слабее предыдущей.

Так, например, соляная кислота вытесняет уксусную из растворов её солей:

$CH_{3} COONa + HCl \rightarrow CH_{3} COOH + NaCl$.

Применение кислот

Из всех кислот наиболее широкую сферу применения нашли уксусная, соляная, серная, ортофосфорная и азотная кислоты. Их используют в качестве сырья для получения различного спектра веществ — других кислот, солей, удобрений, красителей, взрывчатых веществ, лаков и красок. Разбавленные соляную, ортофосфорную и борную кислоты используют в медицине. 

Также кислоты нашли широкое применение в быту, они известны нам как уксусная и лимонная, а также кислоты входят в состав чистящих средств.

Упражнение 1

$SO_{3} + H_{2} O = H_{2} SO_{4 }$