Как найти кислоту вещества

Как определить кислоту

Чаще всего кислота – это прозрачная жидкость, не обладающая запахом. Как же определить, какая кислота стоит перед нами? Ответ на этот вопрос нам поможет найти аналитическая химия. В качестве примера рассмотрим, как же распознать наиболее часто встречающиеся кислоты: азотную, серную и соляную.

Вам понадобится

• Для определения кислоты нам в первую очередь необходима таблица растворимости кислот, а также реактивы.

Инструкция

Итак, перед нами стоят три одинаковые пробирки с кислотами. Чтобы понять, в какой пробирке какая кислота находится, обратимся к таблице растворимости и подберем реакции, сопровождаемые выпадением осадка, изменением цвета раствора, либо выделением газа, характерные только для одной исследуемой кислоты.

Мы видим, что серная кислота выпадает в осадок при взаимодействии с ионами бария, а остальные две кислоты – нет. Отливаем по несколько миллилитров исследуемых кислот в чистые пробирки. Добавляем к ним несколько миллилитров основания бария Ba(OH)2. В одной из пробирок выпадает белый мутный осадок. Отлично, мы определили, где находится серная кислота!

Изучаем таблицу дальше. Как мы видим, хлорид серебра дает осадок, а нитрат — нет. Отливаем еще несколько миллилитров исследуемых кислот в чистые пробирки. В каждую пробирку добавляем немного AgNO3. В пробирке, где находилась соляная кислота, начинает образовываться осадок белого цвета, в дальнейшем застывая в виде полупрозрачного налета, называемого роговым серебром. В пробирке с азотной кислотой не происходит никаких изменений.

Видео по теме

Полезный совет

Таким образом, пользуясь таблицей растворимости кислот, можно придумать способ, как определить любую кислоту.

Источники:

• хлорид серебра

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Кислоты и основания

После прочтения статьи Вы сможете разделять вещества на соли, кислоты и основания. В статье описано, что такое
pH раствора, какими общими свойствами обладают кислоты и основания.

Простым языком, кислота — это всё что с H, а основание — c OH. НО! Не всегда. Что бы отличать кислоту от основания
необходимо… запомнить их! Сожалею. Что бы хоть как то облегчить жизнь, три наших друга, Аррениус и Бренстед с
Лоури, придумали две теории, которые зовутся их именем.

Как металлы и неметаллы, кислоты и основания — это разделение веществ по схожим свойствам. Первая теория кислот
и оснований принадлежала швецкому учёному Аррениусу. Кислота по Аррениусу — это класс веществ, которые
в реакции с водой диссоциируют (распадаются), образовывая катион водорода H⁺. Основания Аррениуса в водном растворе образуют
анионы OH^—. Следующая теория в 1923 году была предложена учёными Бренстедом и Лоури. Теория Бренстеда-Лоури
определяет кислотами вещества, способные в реакции отдавать протон (протоном в реакциях называют катион водорода). Основания,
соответственно, — это вещества, способные принять протон в реакции. Актуальная на данный момент теория — теория Льюиса.
Теория Льюиса определяет кислоты как молекулы или ионы, способные принимать электронные пары, тем самым формируя
аддукты Льюиса (аддукт — это соединение, образующееся соединением двух реагентов без образования побочных продуктов).

В неорганической химии, как правило, под кислотой имеют ввиду кислоту Бренстеда-Лоури, то есть вещества, способные отдать
протон. Если имеют ввиду определение кислоты по Льюису, то в тексте такую кислоту называют кислотой Льюиса. Данные правила
справедливы для кислот и оснований.

Диссоциация

Диссоциация – это процесс распада вещества на ионы в растворах или расплавах. Например, диссоциация соляной кислоты — это распад
HCl на H⁺ и Cl^—.

Свойства кислот и оснований

Кислоты, содержащие водород, в водном растворе выделяют катионы водорода. Основания, содержащие гидроксид-ион,
в водном растворе выделяют анион OH^—.

Основания, как правило, мыльные на ощупь, кислоты, в большинстве своём, имеют кислый вкус.

При реакции основания со многими катионами формируется осадок. При реакции кислоты с анионами, как правило, выделяется
газ.

Часто используемые кислоты:

H₂O, H₃O⁺, CH₃CO₂H, H₂SO₄,
HSO₄⁻, HCl, CH₃OH, NH₃

Часто используемые основания:
OH⁻, H₂O, CH₃CO₂⁻,
HSO₄⁻, SO₄²⁻, Cl⁻

Сильные и слабые кислоты и основания

Сильные кислоты

Такие кислоты, которые полностью диссоциируют в воде, производя катионы водорода H⁺ и анионы.
Пример сильной кислоты — соляная кислота HCl:

HCl_(р-р) + H₂O_(ж) → H₃O⁺_(р-р) + Cl^—_(р-р)

Примеры сильных кислот: HCl, HBr, HF, HNO₃, H₂SO₄, HClO₄

Список сильных кислот

• HCl — соляная кислота
• HBr — бромоводород
• HI — йодоводород
• HNO₃ — азотная кислота
• HClO₄ — хлорная кислота
• H₂SO₄ — серная кислота

Слабые кислоты

Растворяются в воде только частично, например, HF:

HF_(р-р) + H2O_(ж) → H3O⁺_(р-р) + F^—_(р-р) —
в такой реакции более 90% кислоты не диссоциирует:
[H₃O⁺]=[F^—] < 0,01M для вещества 0,1М

Сильную и слабую кислоту можно различить измеряя проводимость растворов: проводимость зависит от количества ионов,
чем сильнее кислота тем она более диссоциирована, поэтому чем сильнее кислота тем выше проводимость.

Список слабых кислот

• HF фтороводородная
• H₃PO₄ фосфорная
• H₂SO₃ сернистая
• H₂S сероводородная
• H₂CO₃ угольная
• H₂SiO₃ кремниевая

Сильные основания

Сильные основания полностью диссоциируют в воде:

NaOH_(р-р) + H₂O ↔ NH₄

К сильным основаниям относятся гидроксиды металлов первой (алкалины, щелочные металы) и второй (алкалинотеррены,
щёлочноземельные металлы) группы.

Список сильных оснований

• NaOH гидроксид натрия (едкий натр)
• KOH гидроксид калия (едкое кали)
• LiOH гидроксид лития
• Ba(OH)₂ гидроксид бария
• Ca(OH)₂ гидроксид кальция (гашеная известь)

Слабые основания

В обратимой реакции в присутствии воды образует ионы OH^—:

NH_{3 (р-р)} + H₂O ↔ NH⁺_{4 (р-р)} + OH^—_(р-р)

Большинство слабых оснований — это анионы:

F^—_(р-р) + H₂O ↔ HF_(р-р) + OH^—_(р-р)

Список слабых оснований

• Mg(OH)₂ гидроксид магния
• Fe(OH)₂ гидроксид железа (II)
• Zn(OH)₂ гидроксид цинка
• NH₄OH гидроксид аммония
• Fe(OH)₃ гидроксид железа (III)

Реакции кислот и оснований

Сильная кислота и сильное основание

Такая реакция называется нейтрализацией: при количестве реагентов достаточном для полной диссоциации кислоты и
основания, результирующий раствор будет нейтральным.

Пример:
H₃O⁺ + OH^— ↔ 2H₂O

Слабое основание и слабая кислота

Общий вид реакции:
Слабое основание_(р-р) + H₂O ↔ Слабая кислота_(р-р) + OH^—_(р-р)

Сильное основание и слабая кислота

Основание полностью диссоциирует, кислота диссоциирует частично, результирующий раствор имеет слабые свойства
основания:

HX_(р-р) + OH^—_(р-р) ↔ H₂O + X^—_(р-р)

Сильная кислота и слабое основание

Кислота полностью диссоциирует, основание диссоциирует не полностью:

NH_{3 (р-р)} + H⁺ ↔ NH₄

Диссоциация воды

Диссоциация — это распад вещества на составляющие молекулы. Свойства кислоты или основания зависят от
равновесия, которое присутствует в воде:

H₂O + H₂O ↔ H₃O⁺_(р-р) + OH^—_(р-р)

K_c = [H₃O⁺][OH^—]/[H₂O]²

Константа равновесия воды при t=25°: K_c = 1.83⋅10^-6, также имеет место следующее
равенство: [H₃O⁺][OH^—] = 10^-14, что называется константой
диссоциации воды. Для чистой воды [H₃O⁺] = [OH^—] = 10^-7,
откуда -lg[H₃O] = 7.0.

Данная величина (-lg[h₃O]) называется pH — потенциал водорода. Если pH < 7, то вещество
имеет кислотные свойства, если pH > 7, то вещество имеет основные свойства.

Способы определения pH

Инструментальный метод

Специальный прибор pH-метр — устройство, трансформирующее концентрацию протонов в растворе в электрический
сигнал.

Индикаторы

Вещество, которое изменяет цвет в некотором интервале значений pH в зависимости от кислотности раствора,
используя несколько индикаторов можно добиться достаточно точного результата.

Соль

Соль — это ионное соединение образованное катионом отличным от H⁺ и анионом отличным от O^2-.
В слабом водном растворе соли полностью диссоциируют.

Что бы определить кислотно-щелочные свойства раствора соли, необходимо определить, какие ионы присутствуют
в растворе и рассмотреть их свойства: нейтральные ионы, образованные из сильных кислот и оснований не влияют на pH:
не отдают ионы ни H⁺, ни OH^— в воде. Например, Cl^—, NO^—₃,
SO^2-₄, Li⁺, Na⁺, K⁺.

Анионы, образованные из слабых кислот, проявляют щелочные свойства (F^—, CH₃COO^—,
CO^2-₃), катионов с щелочными свойствами не существует.

Все катионы кроме металлов первой и второй группы имеют кислотные свойства.

Буфферный раствор

Растворы, которые сохраняют уровень pH при добавлении небольшого количества сильной кислоты или сильного
основания, в основном состоят из:

• Смесь слабой кислоты, соответствующей соли и слабого основания
• Слабое основание, соответствующая соль и сильная кислота

Для подготовки буфферного раствора определённой кислотности необходимо смешать слабую кислоту или основание
с соответствующей солью, при этом необходимо учесть:

• Интервал pH в котором буфферный раствор будет эффективен
• Ёмкость раствора — количество сильной кислоты или сильного основания, которые можно добавить не повлияв
  на pH раствора
• Не должно происходить нежелаемых реакций, которые могут изменить состав раствор

Тест:

Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:

Классификация неорганических веществ

Кислоты – сложные вещества, которые при взаимодействии с водой образуют в качестве катионов только ионы Н⁺ (или Н₃О⁺).

По растворимости в воде кислоты можно поделить на растворимые и нерастворимые. Некоторые кислоты самопроизвольно разлагаются и в водном растворе практически не существуют (неустойчивые). Подробно про классификацию кислот можно прочитать здесь.

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

Например, оксид серы (VI) реагирует с водой с образованием серной кислоты:

SO₃  +  H₂O  →  H₂SO₄

При этом оксид кремния (IV)  с водой не реагирует:

SiO₂  +  H₂O ≠

2. Взаимодействие неметаллов с водородом. Таким образом получают только бескислородные кислоты.

Неметалл + водород = бескислородная кислота

Например, хлор реагирует с водородом:

H₂⁰ + Cl₂⁰ → 2H⁺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.

Например, электролиз раствора сульфата меди (II):

2CuSO₄ + 2H₂O  →  2Cu + 2H₂SO₄  +  O₂

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.

CaCO₃ + H₂SO₄  →  CaSO₄ + H₂O + CO₂

5. Кислоты можно получить окислением оксидов, других кислот и неметаллов в водном растворе кислородом или другими окислителями.

Например, концентрированная азотная кислота окисляет фосфор до фосфорной кислоты:

P  + 5HNO₃  →  H₃PO₄  + 5NO₂  + H₂O

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.

Например, соляная кислота диссоциирует почти полностью:

HCl  →  H⁺  +  Cl^–

Если говорить точнее, происходит протолиз воды, и в растворе образуются ионы гидроксония:

HCl  + H₂O  →  H₃O⁺  +  Cl^–

Многоосновные кислоты диссоциируют cтупенчато.

Например, сернистая кислота диссоциирует в две ступени:

H₂SO₃  ↔ H⁺ + HSO_3^–

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.

3. Кислоты реагируют с основаниями и основными оксидами.

С нерастворимыми основаниями и соответствующими им оксидами взаимодействуют только растворимые кислоты.

нерастворимое основание + растворимая кислота = соль + вода

основный оксид + растворимая кислота = соль + вода

Например, гидроксид меди (II) взаимодействует с растворимой бромоводородной кислотой:

 Cu(OH)₂ + 2HBr  →  CuBr₂ + 2H₂O

При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с нерастворимой кремниевой кислотой.

Cu(OH)₂ + H₂SiO₃ ≠

С сильными основаниями (щелочами) и соответствующими им оксидами реагируют любые кислотами.

Щёлочи взаимодействуют с любыми кислотами — и сильными, и слабыми. При этом образуются средняя соль и вода. Эти реакции называются реакциями нейтрализации. Возможно и образование кислой соли, если кислота многоосновная, при определенном соотношении реагентов, либо в избытке кислоты. В избытке щёлочи образуется средняя соль и вода:

щёлочь_{(избыток)}+ кислота = средняя соль + вода

щёлочь + многоосновная кислота_{(избыток)} = кислая соль + вода

Например, гидроксид натрия при взаимодействии с трёхосновной фосфорной кислотой может образовывать 3 типа солей: дигидрофосфаты, фосфаты или гидрофосфаты.

При этом дигидрофосфаты образуются в избытке кислоты, либо при  мольном соотношении (соотношении количеств веществ) реагентов 1:1.

NaOH  +  H₃PO₄  →   NaH₂PO₄ + H₂O

При мольном соотношении количества щелочи и кислоты 1:2 образуются гидрофосфаты:

2NaOH  +  H₃PO₄  →  Na₂HPO₄ + 2H₂O

В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 образуется фосфат щелочного металла.

3NaOH  +  H₃PO₄  →  Na₃PO₄ + 3H₂O

4. Растворимые кислоты взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.

Растворимая кислота + амфотерный оксид  = соль + вода

Растворимая кислота + амфотерный гидроксид  = соль + вода

Например, уксусная кислота взаимодействует с гидроксидом алюминия:

3CH₃COOH + Al(OH)₃  →  (CH₃COO)₃Al + 3H₂O

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.).

Например, йодоводород можно окислить хлоридом меди (II):

4HI^— + 2Cu⁺² Cl₂ → 4HCl  +  2Cu⁺I + I₂⁰

6. Кислоты взаимодействуют с солями.

Кислоты реагируют с растворимыми солями только при условии, что в продуктах реакции присутствует газ, вода, осадок или другой слабый электролит. Такие реакции протекают по механизму ионного обмена.

Кислота₁ + растворимая соль₁ = соль₂ + кислота₂/оксид + вода

Например, соляная кислота взаимодействует с нитратом серебра в растворе:

Ag⁺NO₃^— + H⁺Cl^— → Ag⁺Cl^—↓ + H⁺NO₃^—

Кислоты реагируют и с нерастворимыми солями. При этом более сильные кислоты  вытесняют менее сильные кислоты из солей.

Например,  карбонат кальция (соль угольной кислоты), реагирует с соляной кислотой (более сильной, чем угольная):

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O  + CO₂

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

Например, гидрокарбонат калия реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида калия, углекислого газа и воды:

KHCO₃ + HCl →  KCl  +  CO₂ + H₂O

Ещё пример: гидрофосфат калия взаимодействует с фосфорной кислотой с образованием дигидрофосфата калия:

H₃PO₄ +  K₂HPO₄  →  2KH₂PO₄ 

При взаимодействии основных солей с кислотами образуются средние соли. Более сильные кислоты также вытесняют менее сильные из солей.

Например, гидроксокарбонат меди (II) растворяется в серной кислоте:

2H₂SO₄ +  (CuOH)₂CO₃  →  2CuSO₄  + 3H₂O  +  CO₂

Основные соли могут взаимодействовать с собственными кислотами. При этом вытеснения кислоты из соли не происходит, а просто образуются более средние соли.

Например, гидроксохлорид алюминия взаимодействует с соляной кислотой:

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 и др.

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↑

Например, железо взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида железа (II):

Fe + 2H⁺Cl  →  Fe⁺²Cl₂ + H₂⁰

Кислоты-окислители (азотная кислота HNO₃ любой концентрации и серная концентрированная кислота H₂SO_4(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:

H₂CO₃  →   H₂O + CO₂

H₂SO₃  →   H₂O + SO₂

2HNO₂  →  NO + H₂O + NO₂

Кремниевая H₂SiO₃, йодоводородная HI кислоты разлагаются при нагревании:

H₂SiO₃  →   H₂O + SiO₂

2HI  →   H₂  +  I₂

Азотная кислота HNO₃ разлагается при нагревании или на свету:

4HNO₃  →  O₂ + 2H₂O + 4NO₂