Химические свойства кислот
Важнейшим свойством кислот является их взаимодействие с металлами. Это окислительно-восстановительная реакция. В роли восстановителя в ней всегда выступают атомы металла, а в роли окислителя – или ионы Н+, образующиеся при диссоциации молекул кислоты, или вся молекула кислоты.
Кислоты, у которых в роли окислителя выступают ионы Н+ (H2S, HCl, HBr, HI, H2SO4 разб., H3PO4 и др.), для реакций берутся в виде водного раствора и взаимодействуют только с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода. При этом образуется соль и выделяется Н2:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 железо любой кислотой данного
типа окисляется только до Fe2+
H2SO4 разб. + Zn = ZnSO4 + H2
2Al + 6HBr = 2AlBr3 + 3H2
Сильные кислоты взаимодействуют с металлами с большой скоростью, а слабые – очень медленно, т.к. концентрация ионов Н+ в их растворах мала. Кроме того, реакция является гетерогенной и протекает на поверхности металла, поэтому для ее полного завершения желательно, чтобы получающаяся соль была растворима в Н2О.
Щелочные и щелочноземельные металлы с данными кислотами (особенно с сильно разбавленными) могут реагировать в 2 стадии:
а) 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
б) 2NaOH + H2S = Na2S + 2H2O
суммарное 2Na + H2S = Nа2S + H2
уравнение
Кислоты, у которых в роли окислителя выступает вся молекула, реагируют почти со всеми металлами, кроме некоторых благородных: Аu, Рt и др. К таким кислотам относятся концентрированная Н2SО4 и НNО3 (в любом виде: концентрированном и разбавленном).
В ходе реакции в этом случае Н2 не выделяется, а образуется соль, Н2О и соответствующий продукт восстановления молекул кислоты.
Для Н2SО4 конц. таким продуктом может быть Н2S, S или SО2. Для HNO3 – N2O,NO,NO2, N2, NH3 (NH4NO3 при избытке кислоты).
Какой именно продукт будет выделяться в каждом конкретном случае, зависит в первую очередь от активности металла, температуры реакции и концентрации кислоты. Так, например, в случае Н2SО4 при обычных условиях в ходе взаимодействия с активными металлами (щелочными, щелочноземельными) образуется Н2S. При взаимодействии с металлами средней активности выделяется S, а с малоактивными металлами (стоящими в ряду напряжений после Н2) – SO2:
5H2SO4 конц. + 8Na = 4Na2SO4 + 4H2O + H2S
4H2SO4 конц. + 3Zn = 3ZnSO4 + S + 4H2O
2H2SO4 конц. + Cu = CuSO4 + SO2 + 2H2O
При взаимодействии концентрированной НNO3 с активными металлами чаще всего выделяется N2O, а при взаимодействии со всеми остальными – NO2. Разбавленная НNO3 выделяет NO или NН3:
10HNO3 конц. + 8K 8KNO3 + N2O + 5H2O
4HNO3 конц. + Cu Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
9HNO3 разб. + 4Zn 4Zn(NO3)2 + NH3 + 3H2O
8HNO3 разб. + 3Cu = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
На некоторые металлы (Fe, Al, Cr и др.) концентрированные Н2SО4 и НNО3 при обычных условиях не действуют из-за эффекта пассивации. Но при достаточно сильном нагревании реакция начинает успешно протекать. При этом Fe окисляется до Fe3+.
Кислоты реагируют с оксидами металлов, образуя соль и H2О:
CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O
Fe2O3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O
Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов с разбавленными растворами кислот взаимодействуют в 2 стадии:
а) BaO + H2O = Ba(OH)2
б) Ba(OH)2 + H2СO3 = BaCO3 + 2H2O
суммарное BaO + H2CO3 = BaCO3 + H2O
уравнение
Кислоты взаимодействуют с основаниями, образуя соль и Н2О.
Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 =Fe2(SO4)3 + 6H2O
При использовании нерастворимого основания реакция является гетерогенной и протекает на его поверхности, поэтому для ее полного завершения желательно, чтобы образующаяся соль растворялась в Н2О.
С растворами щелочей реагируют все кислоты, независимо от того, какая получается соль: растворимая или нет. Многоосновные кислоты со щелочами реагируют ступенчато: сперва образуются кислые соли, а затем – средние:
H3PO4 + KOH = KH2PO4 + H2O
KH2PO4 + KOH = K2HPO4 + H2O
K2HPO4 + KOH = K3PO4 + H2O
суммарное H3PO4 + 3KOH = K3PO4 + 3H2O
уравнение
2H2CO3 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 + 2H2O
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O
суммарное H2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2H2O
уравнение
Реакция между основанием и кислотой иначе называется реакцией нейтрализации. Если в ней принимают участие сильная кислота и щелочь, то в сокращенном ионном виде она записывается следующим образом:
Н + + ОН¯ = Н2О
Кислоты реагируют с NH3, образуя соли аммония:
NH3 + HCl NH4Cl (аммоний-хлорид)
Многоосновные кислоты с NН3 взаимодействуют ступенчато:
NH3 + H2SO4 = NH4HSO4
NH4HSO4 + NH3 = (NH4)2 SO4
с
уммарное
2NH3 +
H2SO4
= (NH4)2
SO4 (аммоний-сульфат)
уравнение
Кислоты реагируют с растворами солей. Это ионообменные реакции. В водном растворе они протекают до конца, если один из продуктов является слабым электролитом или удаляется из сферы реакции в виде осадка либо газа. Как правило, в ходе таких реакций сильные кислоты вытесняют слабые из их солей:
K2S + 2HBr = 2KBr + H2S
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3 + 2NaCl
K2CO3 + H2SO4 = K2SO4 + H2O + CO2
Сильная кислота может вытеснить из раствора соли другую сильную кислоту, если в ходе реакции образуется нерастворимая в этих кислотах соль.
AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 + 2HCl
Концентрированные Н2SO4 и НNО3 из твердых сухих солей могут вытеснять более летучие сильные и слабые кислоты:
2NaCl тв. + H2SO4 конц. Na2SO4 + 2HCl
2HNO3 конц. + CaCO3 = Ca(NO3)2 + CO2 + H2O
H2SO4 конц. + 2NaNO3 тв. Na2SO4 + 2HNO3