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
Химические свойства кислот, их классификация и реакции
Общие свойства кислот. Классификация
Кислоты — класс сложных химических веществ, состоящих из атомов водорода и кислотных остатков.
В первую очередь кислоты делятся на:
Свойства карбоновых кислот подробно разбираются в статье Карбоновые кислоты (ссылка на статью)
В зависимости от количества атомов водорода, которые могут замещаться в химических реакциях различают:
Не смотря на то, что в уксусной кислоте четыре атома водорода, три из них принадлежат кислотному остатку и в реакциях замещения не участвуют. Соответственно, уксусная кислота — одновалентная.
Свойства неорганических кислот также зависят от наличия в их составе кислорода и делятся на
Растворы кислот способны диссоциировать и проводить электрический ток т.е. являются электролитами. В зависимости от степени диссоциации делятся на:
Химические свойства кислот
1. Диссоциация
При диссоциации кислот образуются катионы водорода и анионы кислотного остатка.
Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато.
НРО 2- 4 ↔ Н + + PО З- 4 (третья ступень)
2. Разложение
Кислородсодержащие кислоты разлагаются на оксиды и воду.
Бескислородные на простые вещества
3. Реакция с металлами
Кислоты реагируют лишь с теми металлами, что стоят в ряду активности до кислорода. В результате взаимодействия образуется соль и выделяется водород.
Найти ряд активности можно на последней странице электронного учебника «Химия 9 класс» под редакцией В. В. Еремина.
Бдительные ученики могут сказать: «Золото стоит в ряду активности металлов после водорода, а с „царской водкой“ реагирует. Как же так?»
Из всех правил есть исключения.
Поскольку в состав азотной кислоты входит азот со степенью окисления +5, а в состав серной — сера со степенью окисления +6, то с металлами реагируют не ионы водорода, а более сильные окислители. Образуется соль, но не происходит выделения водорода.
4. Реакции с основаниями
В результате образуются соль и вода, происходит выделение тепла.
Реакции такого типа называются реакциями нейтрализации. Простейшая реакция, которую можно провести на собственной кухне — гашение соды столовым уксусом или 9%раствором уксусной кислоты.
5. Реакции кислот с солями
Вспомним, когда мы разбирали ионные уравнения ( ссылка на статью), одним из условий протекания реакций было образование в ходе взаимодействия нерастворимой соли, выделение летучего газа или слабо диссоциирующего вещества — например, воды. Те же условия сохраняются и для реакций кислот с солями.
6. Реакция кислот с основными и амфотерными оксидами
В ходе реакции образуется соль и происходит выделение воды.
7. Восстановительные свойства бескислородных кислот
Если в окислительных реакциях первую скрипку играет водород, то в восстановительных реакциях основная роль принадлежит анионному остатку. В результате реакций образуются свободные галогены.
Физические свойства кислот
При нормальных условиях (Атмосферное давление = 760 мм рт. ст. Температура воздуха 273,15 K = 0°C) кислоты чаще жидкости, хотя встречаются и твердые вещества: например ортофосфорная H3PO4 или кремниевая H2SiO3.
Некоторые кислоты представляют собой растворы газов в воде: фтороводородная-HF, соляная-HCl, бромоводородная-HBr.
Кислотные свойства кислот в ряду HF → HCl → HBr → HI усиливаются.
Для некоторых кислот (соляная, серная, уксусная) характерен специфический запах.
Благодаря наличию ионов водорода в составе, кислоты обладают характерным кислым вкусом.
Химическая лаборатория не ресторан, и в целях безопасности существует жесткий запрет на опробование на вкус химических веществ.
Как же можно определить кислота в пробирке или нет?
В 1300 году был открыт лакмус, и с тех пор алхимикам и химикам не пришлось рисковать своим здоровьем, пробуя на вкус содержимое пробирок. Запомните, что лакмус в кислой среде краснеет.
Вторым широко используемым индикатором является фенолфталеин.
Простой мнемонический стишок поможет запомнить, как ведут себя индикаторы в разных средах.
Индикатор лакмус — красный
Кислоту укажет ясно.
Индикатор лакмус — синий,
Щёлочь здесь — не будь разиней,
Когда ж нейтральная среда,
Он фиолетовый всегда.
Фенолфталеиновый — в щелочах малиновый
Но несмотря на это в кислотах он без цвета.
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 — классификация, получение и свойства
Общая формула кислот HnAc, где n – число атомов водорода, равное заряду иона кислотного остатка, Ac — кислотный остаток.
Классификация кислот
Сила кислот убывает в ряду:
Кислородосодержащие кислоты и соответствующие кислотные оксиды
Физические свойства кислот
Многие кислоты, например серная, азотная, соляная – это бесцветные жидкости. известны также твёрдые кислоты: ортофосфорная, метафосфорная HPO3, борная H3BO3. Почти все кислоты растворимы в воде. Пример нерастворимой кислоты – кремниевая H2SiO3.
Получение кислот
1) Взаимодействие простых веществ
(получают бескислородные кислоты)
H2 + Cl2 = 2HCl,
2) Взаимодействие кислотных оксидов с водой
(получают кислородсодержащие кислоты)
SO3 + H2O = H2SO4,
3) Взаимодействие солей с растворами сильных кислот
(получают слабые кислоты)
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl,
4) Электролиз водных растворов солей
Химические свойства кислот
1) Растворы кислот кислые на вкус, изменяют окраску индикаторов:
лакмуса в красный цвет, метилового оранжевого – в розовый, цвет фенолфталеина не изменяется.
В водном растворе растворимые кислоты диссоциируют, образуя ион водорода, и кислотный остаток:
Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:
2) Взаимодействие с металлами
Водород из кислот-неокислителей могут вытеснять только металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений металлов до водорода.
Кислоты-окислители — азотная и серная конц., реагируют с металлами по-другому, потому что в качестве окислителя выступает элемент кислотного остатка, а не водород!
3) Взаимодействие с основными оксидами
(если образуется растворимая соль)
4) Взаимодействие с основаниями (реакция нейтрализации)
Многоосновные кислоты образуют кислые и средние соли:
5) Взаимодействие с солями
Реакции с солями происходят только в том случае, если в результате химического превращения образуется малодиссоциирующее вещество, выделяется газ или выпадает осадок.
В этом случае выделяется углекислый газ и образуется малодиссоциирующее вещество – вода.
Реакция происходит, так как образуется осадок.
6) Специфические свойства кислот
Связаны с окислительно-восстановительными реакциями, бескислородные кислоты в растворе могут только окисляться (проявлять восстановительные свойства):
2KMn +7 O4 + 16HCl — = Cl2 0 + 2KCl + 2Mn +2 Cl2 + 8H2O,
Кислородсодержащие кислоты могут окисляться (проявлять восстановительные свойства), только когда центральный атом в них находится в промежуточной степени окисления, как, например, в сернистой кислоте:
Если центральный атом находится в максимальной степени окисления, то кислоты проявляют окислительные свойства, например, взаимодействие с металлами и неметаллами:
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:
