§ 29. Хімічні властивості кислот: взаємодія з основними оксидами, основами, солями
Взаємодія кислот з основними оксидами. На прикладі реакції купрум(ІІ) оксиду з розведеною сульфатною кислотою ви дізналися, що основні оксиди вступають в реакцію обміну з кислотами. Продуктами реакції є сіль і вода. Розгляньмо ще одну реакцію за участю основного оксиду й кислоти. Вона, зокрема, відбувається в організмі людини, яка тамує печію, зумовлену підвищеною кислотністю шлункового соку, паленою магнезією – магній оксидом.
Щоб змоделювати лікувальну дію засобу для зниження кислотності, наллємо в хімічний стакан розведеної хлоридної кислоти і добавимо кілька крапель лакмусу. У кислому середовищі лакмус набуває червоного кольору. Невеликими порціями добавлятимемо до кислоти, підфарбованої індикатором, палену магнезію. Щоразу ретельно перемішуватимемо вміст хімічного стакана. Спостерігатимемо, як порошок магній оксиду розчинятиметься. Виявиться, що з добавлянням чергової порції магній оксиду червоне забарвлення реакційної суміші зміниться на фіолетове. Чому? Що відбулося?
Магній оксид прореагував з хлоридною кислотою – складником шлункового соку:
Продуктами реакції є магній хлорид і вода. Тобто кислотність середовища істотно зменшилась, бо хлоридна кислота витратилася на реакцію з магній оксидом.
• Перетворіть схему реакції магній оксиду з хлоридною кислотою на хімічне рівняння.
Властивість кислот реагувати з основними оксидами використовують для очищення поверхні металевих виробів від оксидної плівки. Наприклад, до складу перетворювача іржі входить ортофосфатна кислота. Розбавлена хлоридна кислота – чи не найефективніший засіб для видалення оксидної плівки (декапування) під час виготовлення друкованих плат. Коли виготовляють дріт, мідні болванки спочатку піддають гарячому прокатуванню – перетворюють на катанку. Перш ніж витягувати дріт, катанку протравлюють у розчині сульфатної кислоти, щоб видалити з поверхні купрум(ІІ) оксид.
• Виберіть з переліку хімічні формули основних оксидів.
Складіть рівняння реакцій цих оксидів з: а) хлоридною; б) сульфатною; в) ортофосфатною кислотами. Назвіть реагенти і продукти реакцій. Поясніть, до якого типу належать реакції між основними оксидами та кислотами.
Реакція кислот з лугами вам уже відома. Під час виконання лабораторного досліду «Взаємодія лугів з кислотами в розчині» ви добавляли до розчину лугу кілька крапель фенолфталеїну. Для чого? Це потрібно було зробити тому, що ознаки перебігу реакції нейтралізації не очевидні – адже розчини і реагентів, і продуктів безбарвні. Щоб пересвідчитися, що реакції між кислотами й лугами відбуваються, використаємо індикатор. Заповнимо довгу тонку скляну або пластикову трубку розчином універсального індикатора. В один отвір трубки введемо три краплі розбавленої хлоридної кислоти і закоркуємо. Уведемо стільки само розчину натрій гідроксиду до другого отвору й також закоркуємо його 1 . Перевернемо трубку кілька разів. Про перебіг реакції свідчить зміна забарвлення універсального індикатора на межі контакту кислоти та лугу (рис. 29.1).
1 Обидва розчини об’ємом 1 л містять розчинені речовини кількістю речовини по 0,02 моль.
Рис. 29.1. Зміна забарвлення універсального індикатора на межі контакту кислоти та лугу. Завдання. Обчисліть маси (г) натрій гідроксиду та гідроген хлориду, які містяться в порціях використаних розчинів об’ємами по 1 л
Взаємодія з основами – також загальна властивість кислот. Продуктами цих реакцій, так само як і в попередньому випадку, є відповідні солі та вода. Якщо, наприклад, долити хлоридну кислоту до осадів гідроксидів Купруму(ІІ), Феруму(ІІ), Феруму(ІІІ), Кальцію, вони перетворяться на розчинні хлориди (рис. 29.2).
Рис. 29.2. 1. Реагенти. Хлоридна кислота та осади гідроксидів: а) Купруму(ІІ); б) Феруму(ІІ); в) Феруму(ІІІ); г) Кальцію. 2. Продукти реакцій. Розчини хлоридів а) Купруму(ІІ); б) Феруму(ІІ); в) Феруму(ІІІ); г) Кальцію
Запишемо схему реакції купрум(ІІ) гідроксиду з хлоридною кислотою. Продукти цієї реакції – купрум(ІІ) хлорид і вода:
• 1. За цією схемою проаналізуйте число та склад реагентів і продуктів реакції, класифікуйте її. 2. Перетворіть схему реакції на хімічне рівняння. 3. За аналогією складіть рівняння реакцій з хлоридною кислотою гідроксидів Феруму(ІІ): а) Феруму(ІІІ); б) Кальцію.
Взаємодія кислот із солями певною мірою знайома вам з курсу хімії 7 класу – ви спостерігали й описували зовнішні ефекти реакцій між кислотами (лимонною, оцтовою) та солями (питною содою, крейдою). Розгляньмо реакції кислот із солями докладніше. Складова черепашок, яєчної шкаралупи – кальцій карбонат. Якщо подіємо на нього хлоридною кислотою, спостерігатимемо певні зовнішні ефекти перебігу хімічної реакції (опишіть їх за рисунком 29.3). Суть цієї хімічної реакції полягає в перегруповуванні атомів з утворенням нових речовин – кальцій хлориду, карбон(ІV) оксиду (вуглекислого газу) і води.
Рис. 29.3. 1, 3. Кальцій карбонат у природних об’єктах. 2, 4. Взаємодія хлоридної кислоти з кальцій карбонатом
Запишемо схему реакції між хлоридною кислотою та кальцій карбонатом: СаСО3 + НСl → СаСl2 + Н2СО3. Очевидно, що в цій реакції дві складні речовини обмінюються складовими частинами і утворюються дві нові складні речовини. Однак цей запис суперечить нашим спостереженням – адже поміж продуктів реакції має бути вуглекислий газ. Річ у тім, що карбонатна кислота – нестійка сполука й легко розкладається на карбон(ІV) оксид і воду: Н2СО3 → CO2↑ + Н2О. Тобто сумарна схема реакції між хлоридною кислотою та кальцій карбонатом матиме вигляд: СаСО3 + НСl → СаСl2 + CO2↑ + Н2О.
• 1. Перетворіть схеми цих реакцій на хімічні рівняння. 2. Сульфітна кислота також нестійка сполука. Пригадайте, який кислотний оксид відповідає їй. Складіть рівняння реакції між хлоридною кислотою та калій сульфітом. 3. Сульфідна кислота – водний розчин газу – сірководню H2S. Складіть рівняння хімічної реакції між натрій сульфідом і хлоридною кислотою. Назвіть солі – продукти цих реакцій.
Отже, сильні та/або нелеткі кислоти витісняють слабкі та/або леткі кислоти з їхніх солей. Про сутність понять «сильні й слабкі кислоти» ви докладно дізнаєтеся у 9 класі. Класифікацію кислот за силою та леткістю відображає схема, зображена на рисунку 29.4.
Рис 29.4. 1. Класифікація кислот. 2. Витискувальний ряд кислот
Ви, звичайно, пам’ятаєте, що хлоридна кислота – це водний розчин гідроген хлориду (хлороводню). У хімічних лабораторіях цей їдкий задушливий газ добувають дією концентрованої сульфатної кислоти на кристалічний натрій хлорид (рис. 29.5).
Рис. 29.5. Добування хлороводню й розчинення цього газу у воді. 1 – кристалічний натрій хлорид; 2 – концентрована сульфатна кислота; 3 – газовивідна трубка, по якій надходить хлороводень; 4 – вода, підфарбована метиловим оранжевим
За звичайних умов відбувається хімічна реакція, яку описує схема:
За нагрівання реакція відбувається за такою схемою:
• Перетворіть на хімічні рівняння схеми цих реакцій. Класифікуйте їх.
Гідроген хлорид (хлороводень) можна зібрати в колбу витісненням повітря.
• 1. Обчисліть відносну молекулярну масу гідроген хлориду та його відносну густину за повітрям. 2. Поясніть, догори отвором чи догори дном треба розташувати посудину для збирання хлороводню витісненням повітря.
Рис. 29.6. Хімічний фонтан.
Завдання. 1. Розгляньте рисунки 29.5 і 29.6. Поясніть, чому змінилося забарвлення індикатора. 2. Поміркуйте й висловіть думку, чому у приладі для добування хлороводню (рис. 29.5) пластикова лійка не повинна торкатися поверхні води у кристалізаторі
За стандартних умов у воді об’ємом 1 л розчиняється хлороводень об’ємом понад 400 л. На цій властивості гідроген хлориду ґрунтується ефектний дослід – хімічний фонтан. Велику товстостінну колбу ємністю 1 л заповнимо гідроген хлоридом (хлороводнем) і щільно закриємо гумовою пробкою зі скляною трубкою, один кінець якої (усередині склянки) трохи відтягнуто. На інший кінець надягнемо відрізок гумової трубки із затискачем. Перевернемо склянку догори дном, зануримо кінець трубки до половини у посудину з водою, підфарбованою індикатором, і приберемо затискач. У склянці утвориться розріджений простір, вода із силою увірветься в посудину та битиме з трубки фонтаном.
Ви, звичайно, пам’ятаєте, що однією з ознак перебігу хімічних реакцій є утворення осаду. Наприклад, барій хлорид реагує з розбавленою сульфатною кислотою з утворенням барій сульфату, який випадає в осад. Другим продуктом цієї реакції є хлоридна кислота:
Тобто реакція у розчині між кислотою та сіллю можлива, якщо хоча б один з її продуктів не розчиняється у воді.
ПРО ГОЛОВНЕ
• Здатність кислот реагувати з основними оксидами використовують для очищення поверхні металевих виробів від оксидної плівки.
• Взаємодія з основами – загальна властивість кислот. Продуктами цих реакцій обміну є відповідні солі та вода.
• У реакції нейтралізації беруть участь основа та кислота. Продукти цієї реакції – сіль і вода. Реакція нейтралізації – різновид реакції обміну.
• Сильні та/або нелеткі кислоти витісняють слабкі та/або леткі кислоти з їхніх солей.
• Реакція в розчині між кислотою та сіллю можлива, якщо хоча б один з її продуктів не розчиняється у воді.
Перевірте себе
1. З якими речовинами реагують кислоти? 2. До якого типу належать ці реакції?
Застосуйте свої знання й уміння
1. Схарактеризуйте хімічні властивості кислот на прикладі хлоридної кислоти, складіть відповідні рівняння реакцій.
2. Поясніть на конкретних прикладах зумовленість застосування кислот їхніми хімічними властивостями.
3. Установіть відповідність між вихідними речовинами та продуктами реакції:
Продукти реакції:
Складіть рівняння відповідних реакцій і класифікуйте їх.
4. Установіть відповідність між наведеними фрагментами хімічних рівнянь і типами хімічних реакцій.
Фрагменти рівнянь реакцій:
Відтворіть рівняння реакцій за наведеними фрагментами.
5. Виберіть з переліку хімічні формули речовин, які реагуватимуть з хлоридною кислотою: ВаСО3, MgO, SO2, KOH, Zn, Na2SiO3, Au, HNO3, Fe(OH)2. За потреби використайте таблицю розчинності та ряд активності металів. Складіть рівняння відповідних реакцій, класифікуйте їх.
6. Виберіть з переліку ті речовини, які реагуватимуть з розбавленою сульфатною кислотою: літій оксид, магній, калій карбонат, платина, калій сульфіт, ферум(ІІ) оксид, алюміній, барій гідроксид. За потреби скористайтеся таблицею розчинності та рядом активності металів. Складіть рівняння відповідних реакцій, класифікуйте їх.
7. До складу іржі входять ферум(ІІІ) оксид та ферум(ІІІ) гідроксид. Складіть рівняння реакцій, які відбуваються під час оброблення іржавої поверхні кузова автомобіля перетворювачем іржі, головний складник якого – ортофосфатна кислота.
8. На відкритому повітрі на поверхні міді утворюється тонка щільна плівка, яка містить купрум(І) оксид (коричневу патину) і купрум(ІІ) оксид – чорну патину. Шар благородної патини захищає поверхню міді від подальшого руйнування. Поміркуйте, чи доцільно використовувати для очищення бронзових скульптур і пам’ятників хлоридну кислоту. Підтвердьте свою думку рівняннями реакцій.
9. Під впливом кислотних дощів руйнуються мармурові скульптури (рис. 29.7). Наведіть кілька прикладів хімічних рівнянь, які описують цей процес, класифікуйте відповідні хімічні реакції.
Рис. 29.7. Руйнування мармурової скульптури під впливом кислотних дощів
10. До складу засобу для прочищання засмічених каналізаційних труб входять натрій гідроксид і натрій карбонат. Засіб для чищення сантехнічних виробів містить хлоридну кислоту. Поясніть, чому не можна використовувати ці два засоби одночасно. Відповідь підтвердьте хімічними рівняннями.
11. Запишіть рівняння реакції, яка відбувається у шлунку за участю кальцій карбонату – одного з компонентів антацидного препарату.
12. Обґрунтуйте, чому відбувається реакція між аргентум(І) нітратом і хлоридною кислотою. За потреби використайте таблицю розчинності.
13. Використовуючи таблицю розчинності, наведіть приклади рівнянь реакцій за участю солі та кислоти, якщо один з продуктів реакцій – осад.
Творча майстерня
Складіть сенкан на тему «Кислоти».
Дізнайтеся більше:
2. Хімічні властивості алюмінію
Проте під час реакцій (наприклад, з киснем і водою) на поверхні алюмінію, одразу утворюється захисна оксидна плівка, метал пасивується .
Якщо подряпати поверхню алюмінію, будь-яким твердим предметом, оксидна плівка знову швидко утвориться і реакція припиниться.
Є й інший спосіб: можна використати здатність алюмінію утворювати амальгаму — сплав з ртуттю , з якої плівка алюміній оксиду легко видаляється.
Якщо занурити алюміній на декілька секунд у підкислений розчин меркурій (\(II\)) хлориду або меркурій (\(II\)) нітрату, то буде відбуватися реакція заміщення, буде утворюватися металева ртуть, яка осідає на поверхні алюмінію і утворює з ним амальгаму:
При нагріванні алюміній активно реагує з киснем, сіркою, галогенами: