Кислоты — классификация, свойства, получение и применение.
Кислотам дали такое название не просто так. Большинство из них имеют кислый вкус. С некоторыми из них знаком каждый из вас. Это, например, уксусная кислота, которая есть в каждом доме, аскорбиновая кислота (она же витамин C), лимонная кислота и т.д. Но не стоит все кислоты пробовать на вкус. Кислоты являются очень едкими веществами. Даже всем нам привычная и известная аскорбиновая кислота в большой концентрации будет вредна нашему организму. А от более сильных кислот — серной, соляной и даже уксусной — можно получить очень сильные ожоги, вплоть до летального исхода. Поэтому при работе с кислотами нужно быть осторожными, а также соблюдать технику безопасности.
Таблица названий некоторых кислот и их солей
| Название кислоты | Формула | Название соли |
|---|---|---|
| Серная | H2SO4 | Сульфат |
| Сернистая | H2SO3 | Сульфит |
| Сероводородная | H2S | Сульфид |
| Соляная (хлористоводородная) | HCl | Хлорид |
| Фтороводородная (плавиковая) | HF | Фторид |
| Бромоводородная | HBr | Бромид |
| Йодоводородная | HI | Йодид |
| Азотная | HNO3 | Нитрат |
| Азотистая | HNO2 | Нитрит |
| Ортофософорная | H3PO4 | Фосфат |
| Угольная | H2CO3 | Карбонат |
| Кремниевая | H2SiO3 | Силикат |
| Уксусная | CH3COOH | Ацетат |
Классификация кислот
| По содержанию кислорода | |
|---|---|
| Кислородсодержащие (H2SO4) | Бескислородные (HCl) |
| По количеству содержащихся катионов водорода (H+) | ||
|---|---|---|
| Одноосновные (HCl) | Двухосновные (H2SO4) | Трёхосновные (H3PO4) |
Понятие «одноосновная кислота» произошло по причине того, что для нейтрализации одной молекулы одноосновной кислоты нам понадобится одна молекула основания. для двухосновной — соответственно две молекулы и т. д.
| По растворимости (в воде) | |
|---|---|
| Растворимые (HCl) | Нерастворимые (H2SiO3) |
| По силе (степени диссоциации) | |
|---|---|
| Сильные (H2SO4) | Слабые (CH3COOH) |
| По летучести | |
|---|---|
| Летучие (H2S) | Нелетучие (H2SO4) |
| По устойчивости | |
|---|---|
| Устойчивые (H2SO4) | Неустойчивые (H2CO3) |
Свойства кислот
Изменение цвета индикаторов в кислой среде
| Индикатор | Нейтральная среда | Кислая среда |
|---|---|---|
| Метилоранж | оранжевый | красный |
| Лакмус | фиолетовый | красный |
| Фенолфталеин | бесцветный | бесцветный |
| Бромтимоловый синий | зеленый | желтый |
| бромкрезоловый зеленый | синий | желтый |
Химические свойства кислот
H2SO4 + 2Na → Na2SO4 + H2↑
Металлы, находящиеся в ряду активности после водорода, не вступают в реакцию с кислотой (кроме концентрированной серной кислоты).
Азотная и концентрированная серная кислоты проявляют свойства окислителей, и продукты реакций будут зависеть от концентрации, температуры и природы восстановителя.
H2SO4 + MgO → MgSO4 + H2O
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O
H2SO4 + K2CO3 → K2SO4 + H2O + CO2↑
3H2SO4 + 2K3PO4 → 3K2SO4 + H3PO4
Получение кислот
H2O + SO3 →H2SO4
H2 + Cl2 → 2HCl
3H2SO4 + 2K3PO4 → 3K2SO4 + H3PO4
Применение кислот
В настоящее время, минеральные и органические кислоты находят множество сфер применения.
Серная кислота (H2SO4), находит широкое применение в химической технологии, для производства лакокрасочных материалов, производстве минеральных удобрений, в пищевой промышленности (пищевая добавка Е513), в качестве электролита в производстве аккумуляторных батарей.
Раствор двухромовокислого калия в серной кислоте (хромовая смесь) используются в лабораториях для мытья химической посуды. Являясь сильным окислителем, хромка позволяет отмывать посуду от следов загрязнений органическими веществами. Так же, хромовая смесь используется в органическом синтезе.
Борная кислота (H3BO3) используется в медицине как антисептик, в качестве флюса при пайке металлов, как борсодержащее удобрение, в домашнем хозяйстве используется как средство от тараканов.
Широко известны в домашнем использовании при выпечке уксусная и лимонная кислоты. Также в быту их используют для удаления накипи.
Знакомая всем с детства аскорбиновая кислота, более известная в народе как витамин С, применяется при лечении простудных заболеваний.
Азотная кислота (HNO3) находит применение при производстве взрывчатых веществ, при производстве минеральных азотсодержащих удобрений (аммиачная, калиевая селитра), в производстве лекарственных средств (нитроглицерин).
Кислоты. Химические свойства и способы получения
Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:
Кислоты – сложные вещества, которые при взаимодействии с водой образуют в качестве катионов только ионы Н + (или Н3О + ).
Получение кислот
1. Взаимодействие кислотных оксидов с водой. При этом с водой реагируют при обычных условиях только те оксиды, которым соответствует кислородсодержащая растворимая кислота.
кислотный оксид + вода = кислота
При этом оксид кремния (IV) с водой не реагирует:
2. Взаимодействие неметаллов с водородом. Таким образом получают только бескислородные кислоты.
Неметалл + водород = бескислородная кислота
H2 0 + Cl2 0 → 2 H + Cl —
3. Электролиз растворов солей. Как правило, для получения кислот электролизу подвергают растворы солей, образованных кислотным остатком кислородсодержащих кислот. Более подробно этот вопрос рассмотрен в статье Электролиз.
4. Кислоты образуются при взаимодействии других кислот с солями. При этом более сильная кислота вытесняет менее сильную.
Например: карбонат кальция CaCO3 (нерастворимая соль угольной кислоты) может реагировать с более сильной серной кислотой.
5. Кислоты можно получить окислением оксидов, других кислот и неметаллов в водном растворе кислородом или другими окислителями.
Химические свойства кислот
1. В водных растворах кислоты диссоциируют на катионы водорода Н + и анионы кислотных остатков. При этом сильные кислоты диссоциируют почти полностью, а слабые кислоты диссоциируют частично.
HCl → H + + Cl –
Если говорить точнее, происходит протолиз воды, и в растворе образуются ионы гидроксония:
HCl + H2O → H3O + + Cl –
Многоосновные кислоты диссоциируют cтупенчато.
HSO3 – ↔ H + + SO3 2–
2. Кислоты изменяют окраску индикатора. Водный раствор кислот окрашивает лакмус в красный цвет, метилоранж в красный цвет. Фенолфталеин не изменяет окраску в присутствии кислот.
С нерастворимыми основаниями и соответствующими им оксидами взаимодействуют только растворимые кислоты.
нерастворимое основание + растворимая кислота = соль + вода
основный оксид + растворимая кислота = соль + вода
При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с нерастворимой кремниевой кислотой.
С сильными основаниями (щелочами) и соответствующими им оксидами реагируют любые кислотами.
щёлочь(избыток)+ кислота = средняя соль + вода
щёлочь + многоосновная кислота(избыток) = кислая соль + вода
При этом дигидрофосфаты образуются в избытке кислоты, либо при мольном соотношении (соотношении количеств веществ) реагентов 1:1.
При мольном соотношении количества щелочи и кислоты 1:2 образуются гидрофосфаты:
В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 образуется фосфат щелочного металла.
4. Растворимые кислоты взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.
Растворимая кислота + амфотерный оксид = соль + вода
Растворимая кислота + амфотерный гидроксид = соль + вода
5. Некоторые кислоты являются сильными восстановителями. Восстановителями являются кислоты, образованные неметаллами в минимальной или промежуточной степени окисления, которые могут повысить свою степень окисления (йодоводород HI, сернистая кислота H2SO3 и др.).
4H I — + 2 Cu +2 Cl2 → 4HCl + 2 Cu + I + I2 0
6. Кислоты взаимодействуют с солями.
Кислота1 + растворимая соль1 = соль2 + кислота2/оксид + вода
Ag + NO3 — + H + Cl — → Ag + Cl — ↓ + H + NO3 —
7. Кислоты взаимодействуют с кислыми и основными солями. При этом более сильные кислоты вытесняют менее сильные из кислых солей. Либо кислые соли реагируют с кислотами с образованием более кислых солей.
кислая соль1 + кислота1 = средняя соль2 + кислота2/оксид + вода
KHCO3 + HCl → KCl + CO2 + H2O
Ещё пример : гидрофосфат калия взаимодействует с фосфорной кислотой с образованием дигидрофосфата калия:
При взаимодействии основных солей с кислотами образуются средние соли. Более сильные кислоты также вытесняют менее сильные из солей.
Основные соли могут взаимодействовать с собственными кислотами. При этом вытеснения кислоты из соли не происходит, а просто образуются более средние соли.
Al (OH) Cl2 + HCl → AlCl3 + H2O
8. Кислоты взаимодействуют 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 H2SO4, фосфорная кислота H3PO4, плавиковая кислота HF, бромоводородная HBr и йодоводородная кислоты HI.
Такие кислоты взаимодействуют только с металлами, расположенными в ряду активности до водорода:
При взаимодействии минеральных кислот с металлами образуются соль и водород:
минеральная кислота + металл = соль + H2↑
Fe + 2 H + Cl → Fe +2 Cl2 + H2 0
Сероводородная кислота H2S, угольная H2CO3, сернистая H2SO3 и кремниевая H2SiO3 с металлами не взаимодействуют.
Кислоты-окислители (азотная кислота HNO3 любой концентрации и серная концентрированная кислота H2SO4(конц)) при взаимодействии с металлами водород не образуют, т.к. окислителем выступает не водород, а азот или сера. Продукты восстановления азотной или серной кислот бывают различными. Определять их лучше по специальным правилам. Эти правила подробно разобраны в статье Окислительно-восстановительные реакции. Я настоятельно рекомендую выучить их наизусть.
9. Некоторые кислоты разлагаются при нагревании.
Угольная H2CO3, сернистая H2SO3 и азотистая HNO2 кислоты разлагаются самопроизвольно, без нагревания:
Кремниевая H2SiO3, йодоводородная HI кислоты разлагаются при нагревании:
Азотная кислота HNO3 разлагается при нагревании или на свету:
Урок №47. Кислоты. Состав. Классификация. Номенклатура. Получение кислот
Классификация кислот
1. По числу атомов водорода: число атомов водорода (n) определяет основность кислот:
2. По составу:
а) Таблица кислородсодержащих кислот, кислотных остатков и соответствующих кислотных оксидов:
Кислотный остаток (А)
Соответствующий кислотный оксид
SO 3 оксид серы ( VI )
HMnO 4 марганцевая
MnO 4 (I) перманганат
Mn 2 O 7 оксид марганца ( VII )
SO 2 оксид серы ( IV )
PO 4 (III) ортофосфат
P 2 O 5 оксид фосфора ( V )
N 2 O 3 оксид азота ( III )
CO 2 оксид углерода ( IV )
SiO 2 оксид кремния (IV)
С l 2 O оксид хлора ( I)
С l 2 O 3 оксид хлора ( III)
НСlO 3 хлорноватая
С l 2 O 5 оксид хлора ( V)
С l 2 O 7 оксид хлора ( VII)
б) Таблица бескислородных кислот
Кислотный остаток (А)
HCl соляная, хлороводородная
H 2 S сероводородная
Физические свойства кислот
Способы получения кислот
HCl, HBr, HI, HF, H 2 S
1. Прямое взаимодействие неметаллов
1. Кислотный оксид + вода = кислота
2. Реакция обмена между солью и менее летучей кислотой
Варианты классификации кислот в химии
Кислоты в химии
С точки зрения состава, кислоты — сложные вещества, образованные кислотным остатком и атомами водорода, способными замещаться на атомы металла.
С точки зрения теории электролитической диссоциации, кислоты — соединения, которые диссоциируют в водном растворе на отрицательные ионы кислотного остатка и положительные ионы H+, что обуславливает изменение цвета индикатора (например, фиолетовый лакмус в кислой среде становится красным).
Все кислоты едкие и имеют кислый вкус. При нормальных условиях находятся в газообразном или жидком виде, кроме некоторых твtрдых: кремниевой кислоты H2SiO3, ортоборной кислоты H3BO3 и органических кислот с большим количеством атомов углерода.
Классификация кислот
Кислоты делятся на две группы:
1. Карбоновые кислоты классифицируют по следующим признакам:
2. Серосодержащие органические кислоты (сульфокислоты) содержат сульфогруппы и имеют общие формулы кислот: R S O 3 H → сульфоновые; R S O 2 H → сульфиновые; R S O H → сульфеновые. Наиболее известны: 2-аминоэтансульфоновая кислота C 2 H 7 N O 3 S таурин и 2-амино-3-меркаптопропановая кислота H O 2 C C H ( N H 2 ) C H 2 S H цистеин.
3. Нуклеиновые кислоты — высокомолекулярные соединения, состоящие из нуклеотидов. Играют важную роль в биологии: находятся в клетках всех организмов, являются носителями генов, участвуют в передаче и реализации наследственной информации через синтез белка. Типы нуклеиновых кислот в зависимости от моносахарида-основы:
Номенклатура кислот
Названия бескислородных кислот: корень русского названия элемента, образующего кислоту + суффикс «о» + «-водородная кислота», например: H B r — бромоводородная кислота, H C l — хлороводородная кислота, H 2 S — сероводородная кислота.
Названия кислородсодержащих кислот: русское название образующего элемента + «кислота», с учетом правил:
Если элемент находится в высшей степени окисления, то окончание будет «-ная» или «-овая»: H 2 S O 4 — серная кислота, H 3 A s O 4 — мышьяковая кислота. Окончание меняется с понижением степени окисления в последовательности: «-оватая» ( H C l O 3 — хлорноватая кислота), «-истая» ( H C l O 2 — хлористая кислота), «-оватистая» ( H C l O — хлорноватистая кислота).
Если оксиду соответствует не одна кислота, то к названию кислоты с минимальным числом атомов кислорода, добавляется приставка «мета», а к названию кислоты с максимальным числом атомов кислорода — «орто», например, H P O 3 — метафосфорная кислота, H 3 P O 4 — ортофосфорная кислота.
Часто используемые (распространенные) кислоты:
| Формула и название кислоты | Название кислотного остатка, переходящего в соль |
| HAlO2 метаалюминиевая | метаалюминат |
| H3AlO3 ортоалюминиевая | ортоалюминат |
| HAsO3 метамышьяковая | метаарсенат |
| H3AsO4 ортомышьяковая | ортоарсенат |
| H3BO3 ортоборная | ортоборат |
| HBr бромоводородная | бромид |
| HBrO бромноватистая | гипобромит |
| HBrO3 бромноватая | бромат |
| HCN циановодородная (синильная*) | цианид |
| H2CO3 угольная | карбонат |
| HCl хлороводородная (соляная*) | хлорид |
| HClO хлорноватистая | гипохлорит |
| HClO2 хлористая | хлорит |
| HClO3 хлорноватая | хлорат |
| HClO4 хлорная | перхлорат |
| HF фтороводородная (плавиковая*) | фторид |
| HJ йодоводородная | йодид |
| HMnO4 марганцовая | перманганат |
| HNO2 азотистая | нитрит |
| HNO3 азотная | нитрат |
| HPO3 метафосфорная | метафосфат |
| H3PO4 ортофосфорная (фосфорная*) | ортофосфат |
| H2S сероводородная | сульфид |
| H2SO3 сернистая | сульфит |
| H2SO4 серная | сульфат |
| H2SiO3 метакремниевая | метасиликат |
| H3SiO4 ортокремниевая | ортосиликат |
| *В скобках приведены тривиальные названия кислот | |
Номенклатура органических кислот
Для органических кислот чаще используют тривиальные названия (приведены в таблице 2), которые определяются по источнику, откуда впервые была получена кислота.
| Формула | Общепринятое название кислоты | Тривиальное название кислоты | Название соли |
| HCOOH | Метановая | Муравьиная | формиат |
| CH3COOH | Этановая | Уксусная | ацетат |
| C2H5COOH | Пропановая | Пропионовая | пропионат |
| C3H7COOH | Бутановая | Масляная | бутират |
| C4H9COOH | Пентановая | Валериановая | валерат |
| C5H11COOH | Гексановая | Капроновая | капронат |
| НООССН2СН(ОН)СООН | Гидроксибутандиовая | Яблочная | малат |
| СH3CH(OH)COOH | 2-гидроксипропановая | Молочная | лактат |
| CH2NH2-COOH | Аминоуксусная | Глицин | глицинат |
| HOOC-COOH | Этандиовая | Щавелевая | оксалат |
| (HOOC-CH2)2-C(OH)-COOH | 2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая кислота | Лимонная | цитрат |
Еще один способ — рациональная номенклатура, в соответствии с которой к названию углеводорода добавляют окончание «карбоновая кислота», включающее один атом углерода карбоксильной группы. Нумерация начинается со следующего в цепочке атома углерода (C5H9COOH циклопентанкарбоновая кислота).
Названия серосодержащих органических кислот: название самой длинной цепочки + окончание — сульфоновая, сульфиновая или сульфеновая кислота: 2-аминоэтансульфоновая кислота C2H7NO3S:
3. + металлы, стоящие левее водорода в ряду активности → соль и водород:
4. + оксиды оснóвные и амфотерные → соль и вода:
5. + соли более слабых кислот → новая соль + кислота (угольная кислота распадается на H 2 O и C O 2 ↑):
Реакции, характерные для:
Неорганических кислот:
Окислительно-восстановительные: H 2 S O 3 + C l 2 + H 2 O → H 2 S O 4 + 2 H C l ;
Органических кислот:
1. Образование функциональных производных путем замещения гидроксильной группы:
