Химические свойства кислот

1. Кислота + активный металл = соль + водород

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂

Азотная и концентрированная серная кислоты реагируют иначе.

2. Кислота + основной оксид = соль + вода

2HNO₃ + CaO = Ca(NO₃)₂ + H₂O

3. Кислота + основание = соль + вода (реакция нейтрализации)

H₃PO₄ +3LiOH = Li₃PO₄ + 3H₂O

Растворы кислот изменяют цвет индикатора: лакмус - с фиолетового на красный, метиловый оранжевый - с оранжевого на розовый.

Типовые задачи

Пример 1. Назовите кислоту и ее анион, приведите ее графическую формулу H₂SiO₃.

Степень окисления кремния в кремниевой кислоте +4, следовательно, кремний образует 4 связи с атомами кислорода.

Эмпирическая формула H₂SiO₃ – кремниевая кислота.

SiO₃^2- силикат ион

Графическая формула

Пример 2. Привести графические и эмпирические формулы азотистой кислоты и аниона этой кислоты. Назвать анион.

Эмпирические формулы:

HNO₂, азотистой кислоты

NO₂^- нитрит ион

Графические формулы: H-O-N=O -O-N=O

Упражнения для самопроверки

1. Какие вещества называются кислотами?

2. Приведите названия следующих кислот и кислотных остатков (анионов): H₂CO₃, HNO₃, CH₃COOH, HNO₂, H₂S, HClO₄, H₃PO₄, HCl, HMnO₄, H₂SO₄, H₂CrO₄, HCOOH, H₂SO₃, H₂Cr₂O₇.

3. Приведите эмпирические и графические формулы перечисленных кислот: а)хлорной; б) бромноватой; в) хлорноватистой; г) марганцовой; д) марганцовистой; е) серной; ж) сернистой; з) дисерной; и) хромовой; к) дихромовой; л) ортотеллуровой; м) ортоиодной; н) ортомышьяковой; о) метамышьяковой; п) метамышьяковистой; р) азотной; с) угольной; т) ортоборной.

4. Приведите названия и химические (эмпирические) формулы известных Вам бескислородных кислот.

5. Приведите названия и химические формулы известных Вам сильных кислот.

6. Приведите названия и химические формулы известных Вам слабых кислот.

7. Приведите примеры химических формул и названия одноосновных кислот.

8. Приведите примеры химических формул и названия двухосновных кислот.

9. Приведите примеры химических формул и названия трехосновных кислот.

СОЛИ

Солями называют химические соединения, состоящие из положительно заряженного иона, роль которого чаще всего выполняет ион металла, и аниона кислоты (отрицательно заряженный кислотный остаток).

Положительно заряженный ион (катион), входящий в состав соли, можно рассматривать как продукт, образующийся при отщеплении одной или нескольких гидроксогрупп от молекулы основания. Они могут быть простыми: К⁺ - ион калия, Mg⁺² - ион магния, Al⁺³ - ион алюминия, они образуют средние соли, а могут быть сложными: MgOH⁺ - ион гидроксо магния, AlOH⁺² - ион гидроксо алюминия или Al(OH)₂⁺ - ион ди гидроксо алюминия, которые образуют основные соли.

Классификация солей

Соли классифицируются по многим признакам, но в настоящем пособии будут рассмотрены только средние, кислые и основные соли.

Кислотные остатки (анионы кислот) образуются при отщеплении одного или нескольких ионов водорода, заряд кислотных остатков всегда отрицательный. Они могут быть простыми: Cl^- - ион хлора (анион хлороводородной кислоты), SO₄^-2 – сульфат ион (анион или кислотный остаток серной кислоты), PO₄^-3 – фосфат ион (анион или кислотный остаток фосфорной кислоты), простые анионы образуют средние соли, а могут быть сложными: HSO₄^- – гидро сульфат ион, HPO₄^-2 – гидро фосфат ион, H₂PO₄^- – ди гидро фосфат ион, они образуют ряд кислых солей.

Таким образом, соли можно рассматривать как продукты полного или частичного замещения атомов водорода в молекуле кислоты ионами металла основания. При полном замещении атомов водорода кислоты, образуются средние соли, а при неполном – кислые соли.

H₃PO₄ + Al(OH)₃ = AlPO₄ + 3H₂O средняя соль

3H₃PO₄ + 2Al(OH)₃ = Al₂(HPO₄)₃ + 6H₂O кислая соль

3H₃PO₄ + Al(OH)₃ = Al(H₂PO₄)₃ + 3H₂O кислая соль

Можно и наоборот, рассматривать соль, как продукт замещения гидроксидионов в молекуле основания кислотными остатками, тогда средние соли образуются при полном их замещении, а при частичном замещении образуются основные соли.

Al(OH)₃ + H₃PO₄ = AlPO₄ + 3H₂O средняя соль

3Al(OH)₃ + 2H₃PO₄ = (AlOH)₃(PO₄)₂ + 6H₂O основная соль

3Al(OH)₃ + H₃PO₄ = [Al(OH)₂]₃PO₄ + 3H₂O основная соль

Средние соли

Средние соли состоят из катионов оснований и анионов кислот, которые не содержат ни ионов водорода, ни гидроксогрупп, способных к замещению. Например, соли К₃РО₄ и FeCl₃ являются средними.

Чтобы правильно написать формулу какой-либо соли, следует учитывать степень окисления катиона (металла) и величину заряда (отрицательного) у аниона кислоты. Алгебраическая сумма зарядов анионов и катионов в молекуле соли должна быть равна нулю.

Таким образом, сульфат хрома, например, состоящий из ионов Gr⁺³ и SO₄^-2, имеет состав Gr₂((SO₄)_3, а ортофосфат калия, состоящий из ионов К⁺¹ и PO₄^-3, имеет состав К₃РО₄. Приведенные формулы солей называются эмпирическими или просто химическими формулами. На начальном этапе изучения классов неорганических соединений, в том числе для правильного составления формул, полезно начать с составления графических формул солей.

При изображении графической формулы соли следует опираться на графические формулы кислот, а точнее структуры аниона кислоты.

 

 

Отчетливо представляя себе структуры ионов SO₄^-2, ClO₄^-1, PO₄^-3 и др., например:

 

 

Сульфат ион Перхлорат ион Фосфат ион

 

Представляя графические формулы кислотных остатков и, зная степень окисления катиона, нетрудно изобразить графические формулы соответствующих солей. При этом необходимо помнить, что свободных валентностей (не присоединенных ни к одному атому химических связей – черточек) быть не может.

Графическая формула Al₂(SO₄)₃ будет иметь следующий вид:

Число связей, образованных атомами алюминия, равно шести, поскольку степень окисления атома алюминия равна +3 (т.е. его валентность равна 3), а в состав молекулы входят два атома Al. Число связей, образованных сульфат ионами, также, шесть, поскольку заряд каждого аниона равен - 2, а в состав молекулы соли входят 3 кислотных остатка. Свободных валентностей нет. Далее следует проверить состав молекулы по виду и числу составляющих ее атомов и их валентностям.

Для Ca(ClO₄)₂ и Ba₃(PO₄)₂. графические формулы будет иметь следующий вид,

Номенклатура солей

Соли могут быть названы разными способами, но необходимо уметь называть их по международной номенклатуре, которая в наибольшей степени отражает состав соли и позволяет по названию воспроизвести химическую формулу.

Название любой соли складывается из названия аниона в именительном падеже и названия катиона в родительном падеже, причем анион называется первым.

Если металл (катион соли) может проявлять несколько валентностей (степеней окисления), то валентность, проявляемую в данном соединении, указывают в скобках после названия катиона римскими цифрами.

Названия средних солей бескислородных кислот образуются от латинских названий кислотообразующих элементов, заканчивают суффиксом – ид, например: K₂S - сульфид калия, NaCN- цианид натрия, CuCl₂- хлорид меди (II).

Названия анионов кислородосодержащих кислот, а соответственно и солей, получают путем присоединения окончания и приставки в соответствии со степенью окисления кислотообразующего элемента. Высшей степени окисления «…ная» или «…овая» кислота (серная кислота, хромовая кислота) соответствует окончание «ат». Так, соли серной кислоты называются сульфатами, хромовой- хроматами и т.д. Более низкой степени окисления соответствует окончание «ит»; например, соли сернистой кислоты- сульфиты; азотистой - нитриты и т.д. Если существует кислота с еще более низкой степенью окисления кислотообразующего элемента («…оватистая» кислота), ее анион получает приставку «гипо…» и окончание «…ит»; так соли хлорноватистой кислоты HClO называют гипохлоритами.

Если молекула кислоты содержит два атома кислотообразующего элемента, то к названию аниона добавляют числительную приставку «ди…». Например, соли двухромовой кислоты H₂Сr₂O₇ называются дихроматами (иногда бихроматами), соли двуфосфорной кислоты H₄P₂O₇- дифосфатами.

Соли некоторых кислот в соответствии с исторически сложившейся традицией сохранили названия, отличающиеся от систематических. Так, соли марганцовой (HMnO₄), хлорной (HClO₄), йодной (HJO₄) кислот называют соответственно перманганатами, перхлоратами, перйодатами. Аналогично, соли марганцовистой (H₂MnO₄), хлорноватой (HClO₃), и йодноватой (HIO₃) кислот носят названия манганатов, хлоратов и йодатов.

Названия важнейших кислот и солей приведены в таблице 3.

 

Таблица 3 – Названия важнейших кислот и солей

Кислотообразующий элемент	Химическая формула	Название кислоты	Название солей
C+4	H2CO3	Угольная	Карбонаты, гидрокарбонаты
Si+4	H2SiO3	Кремниевая	Силикаты, гидросиликаты
N+3	HNO2	Азотистая	Нитриты
N+5	HNO3	Азотная	Нитраты
P+5	H3PO4	Ортофосфорная	Фосфаты, гидрофосфаты, дигидрофосфаты
S+4	H2SO3	Сернистая	Сульфиты, гидросульфиты
S+6	H2SO4	Серная	Сульфаты, гидросульфаты
Cr+6	H2CrO4 H2Cr2O7	Хромовая Дихромовая	Хроматы Дихроматы
Cl+	HClO	Хлорноватистая	Гипохлориты
Cl+3	HClO2	Хлористая	Хлориты
Cl+5	HClO3	Хлорноватая	Хлораты
Cl+7	HClO4	Хлорная	Перхлораты
Mn+6	H2MnO4	Марганцовистая	Манганаты
Mn+7	HMnO4	Марганцовая	Перманганаты
Безкислородные кислоты
Cl-	HCl	Хлороводородная	Хлориды
Br-	HBr	Бромоводородная	Бромиды
Кислотообразующий элемент	Химическая формула	Название кислоты	Название солей
I-	HI	Иодоводородная	Иодиды
S-2	H2S	Сероводородная	Сульфиды, Гидросульфиды
Органические кислоты
C+4	HCOOH	Муравьиная	Формиаты
C+4	CH3COOH	Уксусная	Ацетаты

Кислые соли

Кислые соли содержат остатки кислот, имеющие ион водорода, способный к дальнейшему замещению на остаток основания, они образуются в результате неполного замещения водородных ионов кислоты ионами металла. Например, K₂HPO₄ и Ba(HCO₃)₂ – кислые соли.

Названия кислых солей образуют так же, как и средних, но при этом добавляют приставку «гидро», указывающую на наличие незамещенных атомов водорода, число которых обозначают греческими числительными (ди, три и т.д.).

Одноосновные кислоты не образуют кислых солей, поскольку их молекулы содержат только один ион Н⁺, способный замещаться ионом металла.

Двухосновные кислоты, такие, как H₂SO₄, H₂SO₃, H₂CO₃ и другие, образуют кислые соли, содержащие, соответственно, однократно отрицательно заряженные ионы HSO₄^-, HSO₃^-, HCO₃^-, называемые, соответственно, гидросульфат-, гидросульфит- и гидрокарбонат - ионами. Заряды этих ионов определяются как результат отрыва положительно заряженного иона Н⁺ от нейтральной молекулы той или другой кислоты по схеме:

 

 

Зная заряд иона, входящего в состав кислой соли, и иона металла нетрудно написать формулу кислой соли. Применительно к серной кислоте, кислые соли которой содержат ион HSO₄^-, формулы будут иметь следующий вид:

для однозарядных ионов – NaHSO₄,KHSO₄;

для двухзарядных ионов – Mg(HSO₄)₂, Zn(HSO₄)₂;

для трехзарядных ионов – Al(HSO₄)_3, Fe(HSO₄)₃.

Трехосновные кислоты, такие как H₃PO₄, H₃AsO₄ и некоторые другие, способны образовывать два типа кислых солей. В одном случае происходит замещение одного иона Н+ ионом металла, а два других иона Н⁺ входят в состав отрицательно заряженного иона кислотного остатка, образующего кислую соль.

 

 

Поскольку соли, содержащие ион H₂PO₄- или H₂AsO₄-, получены в результате замещения одного иона Н+ в молекуле кислоты ионом металла, они получили названия однозамещенных кислых солей или первичных кислых солей. Однозамещенные кислые соли для ионов различной степени окисления имеют следующие формулы и названия:

NaH₂HO₄ дигидроортофосфат натрия,

Ca(H₂HO₄), дигидроортофосфат кальция,

Al(H₂PO₄)₃ дигидроортофосфат алюминия,

В другом случае происходит замещение двух ионов Н⁺ ионами металла, а третий ион Н⁺ входит в состав отрицательно заряженного иона HPO₄^2- гидроортофосфатиона, образующего кислую соль:

 

 

Кислые соли, полученные в результате замещения двух ионов Н+ ионами металла, называются двухзамещенными кислыми солями, например,

Na₂HPO₄ - гидроортофосфат натрия,

CaHPO₄ – гидроортофосфат кальция,

Al₂(HPO₄)₃ – гидроортофосфат алюминия.

 

Основные соли

Основными называются соли, которые образуются в результате неполного замещения гидроксидных групп основания анионами кислот. Например, AlOHSO₄, FeOHCl₂- соли основные. В состав основных солей входит остаток основания, содержащий гидроксогруппу, способную к замещению на остаток кислоты.

Названия основных солей образуются подобно названиям средних солей, но при этом добавляют приставку «гидроксо…», указывающую на наличие незамещенных гидроксогрупп. Так FeOHCl- хлорид гидроксожелеза (II), (NiOH)₂SO₄- сульфат гидроксоникеля (II), Al(OH)₂NO₃- нитрат дигидроксоалюминия.

Однокислотные основания, например, такие как NaOH, KOH, AgOH и другие, не образуют основных солей, поскольку их молекулы содержат только один ион ОН-, способный замещаться анионом кислоты.

Двухкислотные основания (содержащие две гидроксогруппы способные к замещению), такие как Mg(OH)₂, Cu(OH)₂, Mn(OH)₂ и другие, образуют основные соли, содержащие однократно заряженные катионы Mg(OH)⁺, Cu(OH)⁺, Mn(OH⁾⁺ и называемые соответственно гидроксомагний-, гидроксокупрум(II)- и гироксомарганец (II)-ионами.

Заряды этих ионов определяются как результат отрыва однократно отрицательно заряженного иона OH^- от нейтральной молекулы гидроксида металла по схеме

Мg(ОН)₂ ↔ ОН^- + Мg (ОН)⁺

нейтральная отрицательно положително
молекула заряженный заряженый

ион ион

 

и представляют собой сочетание двукратно заряженного иона металла Ме⁺² с ионом OH^-.

Зная заряд иона, входящего в состав основной соли, а также заряд аниона нетрудно вывести формулу основной соли. Применительно к гидроксиду магния, основные соли которого содержат ион Mg(OH)⁺, формулы их имеют следующий вид:

для однозарядных анионов – Mg(OH)Cl, Mg(OH)NO₃;

для двухзарядных анионов – (Mg(OH)₂SO₄, (Mg(OH)₂CO₃;

для трехзарядных анионов – (Mg(OH)₃PO₄,(Mg(OH)₃AsO₄;

Трехкислотные основания, такие как Al(OH)_3, Gr(OH)₃, Fe(OH)₃ и другие, способны образовывать два типа основных солей. В одном случае происходит замещение одного иона ОН^-

Al(OH)₃ = Al(OH)₂⁺ + OH^-

а два других входят в состав однократно заряженного положительного иона Al(OH)₂⁺, называемого дигидроксоалюминий-ионом. Основные соли алюминия этого типа, в зависимости от заряда аниона, характеризуются следующими формулами:

Al(OH)₂NO₃ - нитрат дигидроксо алюминия,

(Al(OH)₂)₂SO₄ - сульфат дигидроксо алюминия,

(Al(OH)₂)₃PO₄ - фосфат дигидроксо алюминия,

В другом случае происходит замещение двух ионов ОН^-

Al(OH)₃ = AlOH⁺² + 2OH^-

а третий ион ОН^- входит в состав двукратно положительно заряженного гидроксоалюминий-иона. Основные соли алюминия этого типа будут иметь следующие формулы:

Al(OH)Cl₂ – хлорид гидроксо алюминия,

AlOHSO₄ – сульфат гидроксо алюминия,

(Al(OH)₃(PO₄)₂ – ортофосфат гидроксо алюминия.

Как следует из приведенных примеров, названия основных солей слагаются из международных названий отрицательно заряженных ионов с указанием в родительном падеже положительно заряженных гидроксо – или дигидроксо - ионов.

Одним из условий, благоприятствующих образованию основных солей, является недостаточное количество кислоты по сравнению с тем, которое расходуется на образование средней соли. Так, при взаимодействии Al(OH)₃ c H₂SO₄ уравнения образования основных солей и их графические формулы имеют следующий вид:

Получение солей

Соли можно получить различными способами, однако наиболее общими являются следующие:

1. Взаимодействие основания и кислоты (реакция нейтрализации). В зависимости от взятых соотношений реагентов могут образовываться средняя, кислые и основные соли.

3Fe(OH)₂ + 2H₃PO₄ = Fe₃(PO₄)₂ + 6H₂O – фосфат железа (II).

Fe(OH)₂ + H₃PO₄ = FeSrHPO₄ + 2H₂O – гидрофосфат железа (II).

Fe(OH)₂ + 2H₃PO₄ = Fe(H₂PO₄)₂ + 2H₂O - дигидрофосфат железа (II).

3Fe(OH)₂ + H₃PO₄ = (FeOH)₃PO₄ + 3H₂O – фосфат гидроксо железа (II).

2. Основной оксид и кислотный оксид (солеобразующий) образуют соль без выделения других продуктов реакции.

CaO + CO₂ = CaCO₃ – карбонат кальция

3. Основной оксид (или амфотерный) и кислота при взаимодействии образуют соль, в которой элемент оксида является катионом, и воду

BaO + H₂SO₄ = BaSO₄ + H₂O – сульфат бария

Al₂O₃ + 6HNO₃ = 2Al(NO₃)₃ + 3H₂O – нитрат алюминия

4. Активные металлы, растворяясь в разбавленных кислотах (кроме азотной кислоты) образуют соль соответствующей кислоты, при этом выделяется водород.

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂­ хлорид цинка

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂­ сульфат железа (II)

Химические свойства солей

Важнейшими являются следующие свойства солей:

1. При растворении в воде соли практически полностью распадаются на катионы (положительно заряженные ионы металлов или более сложные образования) и анионы кислот. Этот процесс называется электролитической диссоциацией солей.

NaCl ® Na⁺ + Cl^-

KHSO₃ ® K⁺ + HSO₃^-

CuOHNO₂ ® CuOH⁺ + NO₂^-

(NH₄)₂SO₄ ® 2NH₄⁺ + SO₄^-2

CH₃COONa ® Na⁺ + CH₃COO^-

2. Термическое разложение солей. Некоторые соли при нагревании образуют оксиды (основной и кислотный).

CaCO₃ CaO + CO₂

3. Взаимодействие солей друг с другом. При определенных условиях (например, выделение осадка) соли взаимодействуют.

AgNO₃ + KJ ® KNO₃ + AgI¯

4. Менее активные металлы способны вытеснять более активные металлы из растворов их солей.

Hg(NO₃)₂ + Cu = Cu(NO₃)₂ + Hg

 

Типовые задачи

1. Назовите следующие соли: а) Аl₂(SO₄)₃, б) FеОН(NО₃)₂, в) KHS; г) FeCl₂, д) NaH₂PO₄, е) AlOHSO₄.

Решение

а) Аl₂(SO₄)₃ сульфат алюминия, б) FеОН(NО₃)₂ нитрат гидроксожелеза {III}, в) KHS гидросульфид калия, г) FeCl₂ хлорид железа {II}, д) NaH₂PO₄ дигидрофосфат натрия, е) AlOHSO₄ сульфат гидроксоалюминия.

 

2. Приведите эмпирические и графические формулы следующих солей: фосфат калия, гидрокарбонат магния, карбонат гидроксокальция, дигидрофосфат титана {II}, сульфат дигидроксо титана {IV}.

Решение

фосфат калия K₃PO₄

 

гидрокарбонат магния Mg(HCO₃)₂

 

 

карбонат гидроксокальция (CaOH)₂CO₃

 

дигидрофосфат титана {II} Ti(H₂PO₄)₂

 

сульфат дигидроксотитана {IV} Ti(OH)₂SO₄

 

3. Составьте уравнения реакций между гидроксидом лантана (III) и кремниевой кислотой, приводящими к образованию следующих солей: La₂(SiO₃)₃, La(HSiO₃)₃, LaOHSiO₃, [La(OH)₂]₂SiO₃. Приведите названия солей по международной номенклатуре.

Решение

2La(OH)₃ + 3H₂SiO₃ = La₂(SiO₃)₃ + 6H₂O

силикат лантана (III)

La(OH)₃ + 3H₂SiO₃ = La(HSiO₃)₃ + 3H₂O

гидросиликат лантана (III)

La(OH)₃ + H₂SiO₃ = LaOHSiO₃ + 2H₂O

силикат гидроксолантана (III)

La(OH)₃ + H₂SiO₃ = [La(OH)₂]₂SiO₃ + 2H₂O

силикат дигидроксолантана (III)

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: