Химические свойства кислот
Химические свойства кислот определяются катионами водорода H⁺, которые кислоты образуют в водном растворе. Кислоты изменяют окраску индикаторов, реагируют с металлами, стоящими в ряду активности до водорода, с основными и амфотерными оксидами, с основаниями (реакция нейтрализации) и с солями, если выделяется газ, выпадает осадок или образуется более слабая кислота. Ниже — каждое свойство с уравнениями реакций кислот и условиями протекания, а также классификация кислот.
Что такое кислоты и как их классифицируют
Кислоты — сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода, способных замещаться на атомы металла, и кислотного остатка. С точки зрения теории электролитической диссоциации кислоты — электролиты, которые в растворе образуют катионы водорода и анионы кислотного остатка: HCl → H⁺ + Cl⁻. Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато: H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄⁻, HSO₄⁻ ⇄ H⁺ + SO₄²⁻.
Кислоты классифицируют по нескольким признакам:
- по наличию кислорода: кислородсодержащие (H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄, H₂CO₃) и бескислородные (HCl, HBr, H₂S, HF);
- по основности — числу атомов водорода, способных замещаться на металл: одноосновные (HCl, HNO₃), двухосновные (H₂SO₄, H₂S), трёхосновные (H₃PO₄);
- по силе: сильные (HCl, HBr, HI, H₂SO₄, HNO₃) диссоциируют практически полностью, слабые (H₂S, H₂CO₃, H₂SO₃, HF, уксусная CH₃COOH) — частично; фосфорная — кислота средней силы;
- по растворимости: почти все кислоты растворимы, нерастворима кремниевая H₂SiO₃;
- по устойчивости: угольная и сернистая кислоты существуют только в растворе и легко разлагаются;
- по летучести: летучие (HCl, HNO₃, H₂S) и нелетучие (H₂SO₄, H₃PO₄).
| Кислота | Формула | Кислотный остаток | Соли |
|---|---|---|---|
| соляная (хлороводородная) | HCl | Cl⁻ | хлориды |
| серная | H₂SO₄ | SO₄²⁻ | сульфаты |
| сернистая | H₂SO₃ | SO₃²⁻ | сульфиты |
| сероводородная | H₂S | S²⁻ | сульфиды |
| азотная | HNO₃ | NO₃⁻ | нитраты |
| азотистая | HNO₂ | NO₂⁻ | нитриты |
| угольная | H₂CO₃ | CO₃²⁻ | карбонаты |
| кремниевая | H₂SiO₃ | SiO₃²⁻ | силикаты |
| фосфорная | H₃PO₄ | PO₄³⁻ | фосфаты |
| уксусная | CH₃COOH | CH₃COO⁻ | ацетаты |
Действие кислот на индикаторы
В растворе кислоты избыток ионов H⁺, и индикаторы меняют цвет: лакмус становится красным, метиловый оранжевый — розово-красным, универсальная индикаторная бумага — красной или оранжевой (pH < 7). Фенолфталеин в кислой среде остаётся бесцветным, поэтому кислоту им не обнаруживают. Нерастворимая кремниевая кислота окраску индикаторов не меняет. Все эти индикаторы есть в лаборатории; сравнить их окраску в кислоте, воде и щёлочи можно на странице индикаторы.
Химические свойства кислот: реакции и уравнения
1. Кислота + металл → соль + водород
Металлы, стоящие в ряду активности левее водорода, вытесняют его из растворов кислот (кроме азотной и концентрированной серной — о них ниже). Чем левее металл, тем бурнее реакция: магний в соляной кислоте «кипит», цинк реагирует спокойно, медь, серебро и золото не реагируют совсем.
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑
Mg + H₂SO₄ (разб.) → MgSO₄ + H₂↑
Железо в этих реакциях образует соли железа(II): Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑, а не FeCl₃. Свинец с соляной и разбавленной серной кислотами почти не реагирует: его поверхность покрывается плёнкой малорастворимой соли. Выделение водорода и его «хлопок» у горящей лучины можно наблюдать в опыте «Получение водорода».
2. Кислота + основный или амфотерный оксид → соль + вода
CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O t° — чёрный порошок оксида меди(II) при нагревании растворяется, раствор становится голубым.
Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O — так соляной кислотой удаляют ржавчину.
ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O — амфотерный оксид ведёт себя как основный.
С кислотными оксидами кислоты не реагируют. Исключение — плавиковая кислота, которая растворяет оксид кремния и потому разъедает стекло: SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O.
3. Кислота + основание → соль + вода (нейтрализация)
Кислоты реагируют и со щелочами, и с нерастворимыми основаниями. Суть нейтрализации сильной кислоты сильным основанием выражает сокращённое ионное уравнение H⁺ + OH⁻ → H₂O.
NaOH + HCl → NaCl + H₂O
Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O
Ba(OH)₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2H₂O
Многоосновные кислоты при недостатке щёлочи дают кислые соли: NaOH + H₂SO₄ → NaHSO₄ + H₂O, NaOH + H₃PO₄ → NaH₂PO₄ + H₂O. Момент нейтрализации удобно отследить с фенолфталеином: малиновый раствор щёлочи обесцвечивается — опыт «Нейтрализация».
4. Кислота + соль → новая соль + новая кислота
Реакция идёт, если выпадает осадок, выделяется газ или образуется более слабая кислота. Растворимость продуктов проверяют по таблице растворимости.
CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O — карбонаты «вскипают» с кислотами; углекислый газ гасит горящую лучину, опыт «Углекислый газ».
BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl — белый осадок, качественная реакция на сульфат-ион.
AgNO₃ + HCl → AgCl↓ + HNO₃ — белый творожистый осадок, качественная реакция на хлорид-ион.
Na₂SiO₃ + 2HCl → H₂SiO₃↓ + 2NaCl — сильная кислота вытесняет слабую нерастворимую кремниевую.
Нелетучая серная кислота при нагревании вытесняет летучие кислоты из их твёрдых солей — так в лаборатории получают хлороводород: NaCl + H₂SO₄ (конц.) → NaHSO₄ + HCl↑ t°.
5. Разложение неустойчивых кислот
Угольная и сернистая кислоты разлагаются уже при комнатной температуре, кремниевая — при нагревании:
H₂CO₃ → CO₂↑ + H₂O
H₂SO₃ ⇄ SO₂ + H₂O
H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O t°
Поэтому в уравнениях реакций обмена вместо H₂CO₃ и H₂SO₃ сразу пишут оксид и воду.
Реакции кислот в справочнике
- NH₃ + HCl → NH₄ClСоединенияКачественная
- Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑ЗамещенияОВР
- CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂OОбмена
- 2H₂S + SO₂ → 3S↓ + 2H₂OДругого типаОВР
- H₂CO₃ → CO₂↑ + H₂OРазложения
- C₂H₄ + HCl → C₂H₅ClСоединенияОрганическая
- Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑ЗамещенияОВР
- MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂OОбмена
- Cu + 4HNO₃ (конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂OДругого типаОВР
- H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂OРазложенияt°
- C₆H₅NH₂ + HCl → [C₆H₅NH₃]ClСоединенияОрганическая
- Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑ЗамещенияОВР
- Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂OОбменаВ природе и быту
- 3Cu + 8HNO₃ (разб.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂OДругого типаОВР
- C₃H₆ + HBr → CH₃CHBrCH₃СоединенияОрганическая
- 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑ЗамещенияОВР
- Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂OОбменаАмфотерность
- Ag + 2HNO₃ (конц.) → AgNO₃ + NO₂↑ + H₂OДругого типаОВР
Особые свойства азотной и концентрированной серной кислот
У азотной кислоты любой концентрации и у концентрированной серной окислителем служит не ион H⁺, а атом азота(+5) или серы(+6). Поэтому с металлами они реагируют иначе: водород не выделяется, а образуются оксиды азота, сернистый газ, сера или соли аммония. Это окислительно-восстановительные реакции, и такие кислоты растворяют даже медь и серебро:
Cu + 4HNO₃ (конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O — выделяется бурый газ.
3Cu + 8HNO₃ (разб.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O
Cu + 2H₂SO₄ (конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O t°
Железо, алюминий и хром на холоде пассивируются концентрированными азотной и серной кислотами: их поверхность покрывается плотной оксидной плёнкой. Поэтому эти кислоты перевозят в стальных и алюминиевых цистернах. Золото и платина растворяются только в «царской водке» — смеси концентрированных азотной и соляной кислот.
Соляная кислота, наоборот, может быть восстановителем: с сильными окислителями она выделяет хлор, MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O t°.
Типичные ошибки в уравнениях реакций кислот
- Писать реакцию меди, серебра или ртути с соляной кислотой — её нет: эти металлы стоят в ряду активности после водорода.
- Получать FeCl₃ из железа и соляной кислоты. С кислотами-неокислителями железо даёт соли железа(II); FeCl₃ образуется при сжигании железа в хлоре.
- Записывать водород в продуктах реакции металла с азотной кислотой.
- Записывать «реакцию» соли с кислотой, когда все продукты растворимы и газа нет: например, растворы NaCl и HNO₃ не реагируют.
- Забывать коэффициенты у многоосновных кислот и путать среднюю соль с кислой. Проверить баланс атомов поможет расстановка коэффициентов онлайн.
Ионные уравнения реакций кислот с основаниями и солями разобраны на странице ионные уравнения; свойства «партнёров» по реакциям — в разделах химические свойства оснований и химические свойства солей.
Проведите опыт онлайн
Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.
Получение водорода
Металл в кислоте, сбор газа над водой в пробирку и проба горящей лучиной — хлопок.
Нейтрализация
Щёлочь с фенолфталеином титруют кислотой, пока малиновая окраска не исчезнет.
Читайте также
Частые вопросы
Какие металлы реагируют с кислотами с выделением водорода?
Металлы, стоящие в ряду активности до водорода: магний, алюминий, цинк, железо и другие. Медь, серебро и золото с соляной и разбавленной серной кислотами не реагируют, а азотная и концентрированная серная кислоты с металлами водород не выделяют.
Почему фенолфталеин не изменяет цвет в кислоте?
Фенолфталеин бесцветен в кислой и нейтральной средах и становится малиновым только в щелочной. Для обнаружения кислот используют лакмус (краснеет) или метиловый оранжевый (становится розово-красным).
Реагируют ли кислоты с кислотными оксидами?
Как правило, нет. Исключение — плавиковая кислота HF, которая реагирует с оксидом кремния SiO₂.
Когда кислота реагирует с солью?
Когда в результате выпадает осадок, выделяется газ или образуется более слабая кислота. Например, соляная кислота реагирует с карбонатом кальция (выделяется CO₂) и с нитратом серебра (выпадает AgCl).
Чем сильные кислоты отличаются от слабых?
Сильные кислоты (HCl, HNO₃, H₂SO₄) в растворе диссоциируют на ионы практически полностью, слабые (H₂S, H₂CO₃, CH₃COOH) — лишь частично, поэтому в их растворах меньше ионов H⁺.