 |
Испытание растворов кислот индикаторами.
|
|
|
|
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОТ С МЕТАЛЛАМИ, ОКСИДАМИ МЕТАЛЛОВ, ОСНОВАНИЯМИ И СОЛЯМИ.
Теоретическая часть
Кислотами называются сложные вещества, в состав молекул которых входят атомы водорода, способные замещаться или обмениваться на атомы металла и кислотный остаток.
Рассмотрим важнейшие химические свойства кислот.
1. Действие растворов кислот на индикаторы. Практически все кислоты (кроме кремниевой) хорошо растворимы в воде. Растворы кислот в воде изменяют окраску специальных веществ – индикаторов. По окраске индикаторов определяют присутствие кислоты. Индикатор лакмус окрашивается растворами кислот в красный цвет, индикатор метиловый оранжевый – тоже в красный цвет.
2. Взаимодействие кислот с основаниями. Эта реакция, как вы уже знаете, называется реакцией нейтрализации. Кислота реагируют с основанием с образованием соли, в которой всегда в неизменном виде обнаруживается кислотный остаток. Вторым продуктом реакции нейтрализации обязательно является вода. Например:
| кислота | основание | соль | вода | |||
| H2SO4 | + | Ca(OH)2 | = | CaSO4 | + | 2 H2O |
| H3PO4 | + | Fe(OH)3 | = | FePO4 | + | 3 H2O |
Для реакций нейтрализации достаточно, чтобы хотя бы одно из реагирующих веществ было растворимо в воде. Поскольку практически все кислоты растворимы в воде, они вступают в реакции нейтрализации не только с растворимыми, но и с нерастворимыми основаниями. Исключением является кремниевая кислота, которая плохо растворима в воде и поэтому может реагировать только с растворимыми основаниями – такими как NaOH и KOH:
H2SiO3 + 2 NaOH = Na2SiO3 + 2H2O
3. Взаимодействие кислот с основными оксидами. Поскольку основные оксиды – ближайшие родственники оснований – с ними кислоты также вступают в реакции нейтрализации:
|
|
|
| кислота | оксид | соль | вода | |||
| 2 HCl | + | CaO | = | CaCl2 | + | H2O |
| H3PO4 | + | Fe2O3 | = | 2 FePO4 | + | 3 H2O |
Как и в случае реакций с основаниями, с основными оксидами кислоты образуют соль и воду. Соль содержит кислотный остаток той кислоты, которая использовалась в реакции нейтрализации.
4. Взаимодействие кислот с металлами. Это взаимодействие происходит при соблюдении ряда условий:
Во-первых, металл должен быть достаточно активным (реакционноспособным) по отношению к кислотам. Например, золото, серебро, медь, ртуть и некоторые другие металлы с выделением водорода с кислотами не реагируют. Такие металлы как натрий, кальций, цинк – напротив – реагируют очень активно с выделением газообразного водорода и большого количества тепла.
| кислота | металл | соль | ||||
| HCl | + | Hg | = | не образуется | ||
| 2 HCl | 2 Na | = | 2 NaCl | + | H2 | |
| H2SO4 | + | Zn | = | ZnSO4 | + | H2 |
По реакционной способности в отношении кислот все металлы располагаются в ряд активности металлов (табл.1). Слева находятся наиболее активные металлы, справа – неактивные. Чем левее находится металл в ряду активности, тем интенсивнее он взаимодействует с кислотами.
Табл.1. Ряд активности металлов.
| Металлы, которые вытесняют водород из кислот | Металлы, которые не вытесняют водород из кислот |
| K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb (H) самые активные металлы | Cu Hg Ag Pt Au самые неактивные металлы ® |
Во-вторых, кислота должна быть достаточно сильной, чтобы реагировать даже с металлом из левой части таблицы 1. Под силой кислоты понимают ее способность отдавать ионы водорода H+.
Например, кислоты растений (яблочная, лимонная, щавелевая и т.д.) являются слабыми кислотами и очень медленно реагируют с такими металлами как цинк, хром, железо, никель, олово, свинец (хотя с основаниями и оксидами металлов они способны реагировать).
|
|
|
С другой стороны, такие сильные кислоты как серная или соляная (хлороводородная) способны реагировать со всеми металлами из левой части таблицы.
В связи с этим существует еще одна классификация кислот – по силе. В таблице 2 в каждой из колонок сила кислот уменьшается сверху вниз.
Таблица 2. Классификация кислот на сильные и слабые кислоты.
| Сильные кислоты | Слабые кислоты |
| HI иодоводородная HBr бромоводородная HCl хлороводородная H2SO4 серная HNO3 азотная | HF фтороводородная H3PO4 фосфорная H2SO3 сернистая H2S сероводородная H2CO3 угольная H2SiO3 кремниевая |
Следует помнить, что в реакциях кислот с металлами есть одно важное исключение. При взаимодействии металлов с азотной кислотой водород не выделяется. Это связано с тем, что азотная кислота содержит в своей молекуле сильный окислитель – азот в степени окисления +5. Поэтому с металлами в первую очередь реагирует более активный окислитель N+5, а не H+, как в других кислотах. Выделяющийся все же в каком-то количестве водород немедленно окисляется и не выделяется в виде газа. Это же наблюдается и для реакций концентрированной серной кислоты, в молекуле которой сера S+6 также выступает в роли главного окислителя. Состав продуктов в этих окислительно-восстановительных реакциях зависит от многих факторов: активности металла, концентрации кислоты, температуры. Например:
Cu + 4 HNO3(конц.) =Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
3 Cu + 8HNO3(разб.) = 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O
8 K + 5 H2SO4(конц.) = 4 K2SO4 + H2S + 4 H2O
3 Zn + 4 H2SO4(конц.) = 3 ZnSO4 + S + 4 H2O
Есть металлы, которые реагируют с разбавленными кислотами, но не реагирует с концентрированными (т.е. безводными) кислотами – серной кислотой и азотной кислотой.
Эти металлы – Al, Fe, Cr, Ni и некоторые другие – при контакте с безводными кислотами сразу же покрываются продуктами окисления (пассивируются). Продукты окисления, образующие прочные пленки, могут растворяться в водных растворах кислот, но нерастворимы в кислотах концентрированных.
Это обстоятельство используют в промышленности. Например, концентрированную серную кислоту хранят и перевозят в железных бочках.
5. Взаимодействие кислот с солями. Кислоты взаимодействуют с солями, если в результате реакции образуется осадок или газ. Например:
|
|
|
H2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ + 2HCl
Na2CO3 + 2HNO3 = 2NaNO3 + H2O + CO2↑
Экспериментальная часть
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: экспериментально осуществить реакции, характеризующие химические свойства кислот.
ОБОРУДОВАНИЕ И РЕАКТИВЫ: штатив с пробирками, спиртовка, пробиркодержатель, стеклянная лопаточка, фенолфталеин, метиловый оранжевый, универсальная индикаторная бумага, раствор соляной кислоты, стружки магния, алюминий, цинк, медь, оксид меди (II), гидроксид калия, нитрат серебра, карбонат натрия.
ОПЫТ 1. ИСПЫТАНИЕ РАСТВОРОВ КИСЛОТ ИНДИКАТОРАМИ.
К 6-7 каплям раствора кислоты прилейте 2-3 капли индикатора метилового оранжевого. Как изменился цвет? Испытайте раствор кислоты другими индикаторами. Заполните таблицу, которая предлагается ниже.
| Кислота | Цвет индикатора | ||
| метиловый оранжевый | фенолфталеин | универсальная индикаторная бумага | |
ОПЫТ 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОТ С МЕТАЛЛАМИ.
В пробирки положите разные металлы: в 1-ую пробирку - Mg, во 2 –ую - Al, в 3-ю - Zn, в 4-ую - Cu. Во все пробирки налейте по 1 мл раствора соляной кислоты. Что наблюдаете? Сделайте общий вывод об отношении кислот к металлам. Составьте уравнения протекающих реакций.
ОПЫТ 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОТ С ОКСИДАМИ МЕТАЛЛОВ.
На дно сухой пробирки поместите с помощью стеклянной лопаточки немного порошка CuO и прилейте 5 капель соляной кислоты. Содержимое пробирки взболтайте. Какого цвета образуется раствор? Если реакция не наблюдается, слегка нагрейте пробирку. Составьте уравнение проделанной реакции.
ОПЫТ 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОТ С ОСНОВАНИЯМИ.
В пробирку внесите 5 капель гидроксида калия и каплю фенолфталеина. Какого цвета получился раствор? Прибавьте несколько капель соляной кислоты до обесцвечивания. Содержимое пробирки осторожно взболтайте. Объясните, почему исчезает окраска раствора. После исчезновения малиновой окраски потрогайте пробирку, где находится раствор, рукой. Какой можно сделать вывод: реакция нейтрализации происходит с поглощением или с выделением тепла. Составьте уравнение проделанной реакции.
|
|
|
ОПЫТ 5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОТ С СОЛЯМИ.
В одну пробирку налейте 3-4 мл раствора нитрата серебра, в другую – карбоната натрия. В каждую из них добавьте столько же соляной кислоты. Встряхните содержимое пробирок. Что наблюдаете? Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций.
Задания.
1. Дайте определение кислотам исходя из их состава.
2. Дайте определения кислотам с точки зрения теории электролитической
диссоциации.
3. Даны растворы двух веществ. Как можно практически доказать, что одно из них является раствором кислоты.
4. Какой из металлов, взятый для опытов, не реагирует с раствором соляной кислоты? Какие еще металлы не реагируют с этой кислотой?
5. К какому типу реакций относится взаимодействие кислоты с металлами?
6. Произойдет ли реакция нейтрализации, если прилить не кислоту к щелочи, а, наоборот, щелочь к кислоте?
7. К какому типу реакции нужно отнести реакцию нейтрализации?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
|
|
|
