§ 3.2. Кислоты

Кислотами называют сложные вещества, молекулы которых содержат атомы водорода, способные замещаться атомами металлов, и кислотные остатки.

С позиций теории электролитической диссоциации, основы которой вы изучали в 9-м классе, кислотами являются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только катионы водорода H⁺.

Именно ионы водорода обусловливают общие свойства кислот, в то время как ионы кислотных остатков определяют специфические свойства.

Классификация кислот

Для классификации кислот могут быть использованы различные признаки (табл. 1.3).

Таблица 1.3. Классификация кислот

Так, деление кислот на одноосновные и многоосновные позволяет говорить о том, что в многоосновных кислотах на металл может замещаться один или несколько атомов водорода. Это означает, что многоосновные кислоты могут образовывать не только средние, но и кислые соли, например: Na₂CO₃ и NaHCO₃, K₂S и KHS.

Деление кислот на сильные и слабые основано на том, что сильные кислоты в растворах полностью распадаются на ионы:

«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«msub»«mi»HNO«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8594;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mo»+«/mo»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msubsup»«mi»NO«/mi»«mn»3«/mn»«mo»-«/mo»«/msubsup»«mo».«/mo»«/math»

Слабые кислоты на ионы распадаются незначительно, процесс их диссоциации — обратимый:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»HNO«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8644;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mo»+«/mo»«/msup»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msubsup»«mi»NO«/mi»«mn»2«/mn»«mo»-«/mo»«/msubsup»«mo»;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi»HF«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#8644;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mo»+«/mo»«/msup»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mo»§#8211;«/mo»«/msup»«mo».«/mo»«/math»

Более детально с процессами диссоциации кислот вы ознакомитесь, изучая материал главы IV.

Номенклатура кислот

Изучая вопрос о номенклатуре кислот, в первую очередь необходимо различать кислородсодержащие и бескислородные кислоты. Так, при составлении названия бескислородной кислоты перед словами «водородная кислота» добавляют название элемента, входящего в состав кислотного остатка, например: HCl — хлороводородная кислота, H₂S — сероводородная кислота.

Название кислородсодержащей кислоты происходит от названия элемента, к которому добавляется соответствующий суффикс. Если атомы образующего кислородсодержащую кислоту элемента находятся в высшей степени окисления, то кислородсодержащая кислота имеет суффикс -н-, например, _{«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mover»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»S«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»6«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mrow/»«/msub»«/mrow»«mrow/»«/mover»«mover»«mrow/»«mrow/»«/mover»«/math»}— серная кислота, «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mover»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»5«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mrow/»«/msub»«/mrow»«mrow/»«/mover»«/math»— азотная кислота, «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«msub»«mi»HClO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»7«/mn»«/mrow»«/mover»«/math» — хлорная кислота.

В случае существования атомов элемента в нескольких положительных степенях окисления по мере понижения степени окисления суффиксы меняются в следующем порядке: -н-, -оват-, -ист-, -оватист-. Например, «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«msub»«mi»HClO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»7«/mn»«/mrow»«/mover»«/math» — хлорная, «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mover»«msub»«mi»HClO«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»5«/mn»«/mrow»«/mover»«/math» — хлорноватая, «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mover»«msub»«mi»HClO«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»3«/mn»«/mrow»«/mover»«/math» — хлористая, «math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mover»«mi»HClO«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«/mover»«/math» — хлорноватистая кислоты.

Химические свойства кислот

К общим свойствам кислот относят свойства, обусловленные наличием ионов водорода в их растворах: взаимодействие с индикаторами, а также образование солей при взаимодействии с металлами, основными и амфотерными оксидами, основаниями и солями. 

Растворы кислот меняют окраску таких индикаторов, как лакмус и метилоранж, на красную.

Помимо общих свойств, кислоты могут проявлять окислительно-восстановительные свойства за счёт кислотных остатков. Вам, например, известны некоторые из таких реакций:

«math class=¨wrs_chemistry¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»Cu«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»4«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»5«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mrow»«mn»3«/mn»«mo»(«/mo»«mi»§#1082;§#1086;§#1085;§#1094;«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mi»Cu«/mi»«msub»«mrow»«mo»(«/mo»«msub»«mi»NO«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«mo»)«/mo»«/mrow»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mrow»«mo mathcolor=¨#FF0000¨»+«/mo»«mn mathcolor=¨#FF0000¨»4«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo stretchy=¨false¨»§#8593;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo»;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mi»Cu«/mi»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»S«/mi»«mrow»«mo»+«/mo»«mn»6«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mrow»«mn»4«/mn»«mo»(«/mo»«mi»§#1082;§#1086;§#1085;§#1094;«/mi»«mo»)«/mo»«/mrow»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mover»«mo»=«/mo»«mi»t«/mi»«/mover»«mo»§#160;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«msub»«mi»CuSO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»S«/mi»«mrow»«mo mathcolor=¨#FF0000¨»+«/mo»«mn mathcolor=¨#FF0000¨»4«/mn»«/mrow»«/mover»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo stretchy=¨false¨»§#8593;«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mo»+«/mo»«mo»§#160;«/mo»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mi mathvariant=¨normal¨»O«/mi»«mo».«/mo»«/math»

Способы получения кислот

Классификация кислот по наличию или отсутствию в их составе кислорода позволяет сопоставлять некоторые способы получения кислот.

Так, многие бескислородные кислоты можно получить реакцией соединения водорода с неметаллом с последующим растворением продукта в воде:

H₂ + Cl₂ = 2HCl;

H₂ + S = H₂S.

Кислородсодержащие кислоты получают реакцией соединения соответствующих оксидов с водой:

Н₂O + SO₃ = H₂SO₄;

3Н₂O + Р₂О₅ = 2H₃PO₄.

Поскольку SiO₂ с водой не взаимодействует, для получения кремниевой кислоты вначале получают растворимую соль металла, и лишь затем кислоту реакцией обмена с более сильной кислотой:

SiO₂ + 2NaOH_{(конц. р-р)} «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo»=«/mo»«mpadded voffset=¨+5px¨»«mi mathvariant=¨italic¨»t«/mi»«/mpadded»«/mover»«/math» Na₂SiO₃ + H₂O;

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = H₂SiO₃↓ + Na₂SO₄.

Как кислородсодержащие, так и бескислородные кислоты часто можно получить реакцией обмена. Реакция обмена может протекать в растворе между солью, в состав которой входит нужный кислотный остаток, и другой кислотой; причём условием протекания реакции является образование слабой кислоты, летучей кислоты или нерастворимой соли:

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃↓ + 2NaCl;

Na₂S + 2HCl = 2NaCl + H₂S↑;

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl.

Реакция обмена возможна при взаимодействии твёрдых солей и нелетучей концентрированной серной кислоты при нагревании:

NaCl_(тв) + H₂SO_4(конц) «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo»=«/mo»«mpadded voffset=¨+5px¨»«mi mathvariant=¨italic¨»t«/mi»«/mpadded»«/mover»«/math» HCl↑ + NaHSO₄

или 2NaCl_(тв) + H₂SO_4(конц) «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo»=«/mo»«mpadded voffset=¨+5px¨»«mi mathvariant=¨italic¨»t«/mi»«/mpadded»«/mover»«/math» 2HCl↑ + Na₂SO₄;

NaNO_3(тв) + H₂SO_4(конц) «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo»=«/mo»«mpadded voffset=¨+5px¨»«mi mathvariant=¨italic¨»t«/mi»«/mpadded»«/mover»«/math» HNO₃↑ + NaHSO₄

или 2NaNO_3(тв) + H₂SO_4(конц) «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo»=«/mo»«mpadded voffset=¨+5px¨»«mi mathvariant=¨italic¨»t«/mi»«/mpadded»«/mover»«/math» 2HNO₃↑ + Na₂SO₄;

CH₃COONa_(тв) + H₂SO_{4(1 : 1)} «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo»=«/mo»«mpadded voffset=¨+5px¨»«mi mathvariant=¨italic¨»t«/mi»«/mpadded»«/mover»«/math» CH₃COOН↑ + NaHSO₄.

Следует отметить, что в промышленности получение кислот зачастую является многостадийным процессом. Например, один из промышленных способов получения серной кислоты включает три стадии:

FeS₂ → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄.

Вопросы, задания, задачи

1. Перечислите:

• а) признаки, по которым классифицируют кислоты;
• б) способы получения кислот;
• в) общие химические свойства кислот.

2. Укажите формулы:

• а) сильных кислот — HF, HCl, H₂S, HВr;
• б) слабых кислот — HNO₃, H₂SO₄, H₂SO₃, H₂CO₃.

3. Назовите кислоты, формулы которых:

• а) HF, HCl, H₂S, H₂Se, HВr, HI;
• б) H₂CO₃, HNO₃, H₂SO₄, H₂SO₃, H₃PO₄.

4. Дайте характеристику по всем классификационным признакам (табл. 1.3):

• а) серной кислоты;
• б) сероводородной кислоты.

5. Составьте уравнения реакций:

• а) азотной кислоты с веществами: гидроксид натрия, оксид алюминия, карбонат калия;
• б) соляной кислоты с веществами: железо, оксид железа(III), оксид железа(II, III), карбонат кальция.

6. Предложите по два способа получения каждой из кислот — HCl и H₂SO₃. Напишите уравнения соответствующих реакций.

7. Массовая доля кислорода в сильной кислоте состава Н₂ЭО₄ равна 44,14 %. Определите элемент Э в составе кислоты.

8. Составьте уравнения реакций согласно схеме:

• а) KCl «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo stretchy=¨false¨»§#8594;«/mo»«mn»1«/mn»«/mover»«/math» HCl «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo stretchy=¨false¨»§#8594;«/mo»«mn»2«/mn»«/mover»«/math» MgCl₂ «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo stretchy=¨false¨»§#8594;«/mo»«mn»3«/mn»«/mover»«/math» MgСО₃ «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo stretchy=¨false¨»§#8594;«/mo»«mn»4«/mn»«/mover»«/math» MgSO₄;
• б) CH₃COOН «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo stretchy=¨false¨»§#8594;«/mo»«mn»1«/mn»«/mover»«/math» CH₃COONa «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo stretchy=¨false¨»§#8594;«/mo»«mn»2«/mn»«/mover»«/math» CH₃COOН «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo stretchy=¨false¨»§#8594;«/mo»«mstyle indentalign=¨center¨»«mn»3«/mn»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mi»MgCO«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«/mstyle»«/mover»«/math» … «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨ class=¨wrs_chemistry¨»«mover»«mo stretchy=¨false¨»§#8594;«/mo»«mstyle indentalign=¨center¨»«mn»4«/mn»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»H«/mi»«mn»3«/mn»«/msub»«msub»«mi»PO«/mi»«mn»4«/mn»«/msub»«/mstyle»«/mover»«/math» …

9. В сутки в желудке взрослого человека вырабатывается около 2 дм³ желудочного сока, молярная концентрация хлороводорода в нём составляет 16 ммоль/дм³. Определите количество (моль) и массу (г) НСl в данной порции желудочного сока.

10. Определите объём уксуса, необходимый для того, чтобы «погасить» половину чайной ложки питьевой соды. Используйте следующие данные: масса NaHCO₃ равна 2,5 г, массовая доля уксусной кислоты — 9 %, плотность уксуса — 1,011 г/см³.

Самоконтроль

1. Укажите формулы кислот:

• а) HNO₂;
• б) K₂SO₄;
• в) KHSO₄;
• г) H₂S.

2. Кислота состава H₃PO₄ является:

• а) кислородсодержащей;
• б) сильной;
• в) многоосновной;
• г) трёхосновной.

3. Соляная кислота реагирует с:

• а) HNO₂;
• б) K₂СOз;
• в) Аl₂O₃;
• г) H₂S.

4. Сумма коэффициентов в уравнении реакции карбоната кальция с азотной кислотой равна:

• а) 4;
• б) 5;
• в) 6;
• г) 7.

5. Ионному уравнению H⁺ + OH^– = H₂O соответствует взаимодействие водных растворов:

• а) HNO₂ и NaOH;
• б) H₂SO₄ и Ba(OH)₂;
• в) HNO₃ и NaOH;
• г) H₂SO₄ и KOH.