И.В.ТРИГУБЧАК

Пособие-репетитор по химии

Продолжение. Начало см. в № 22/2005; 1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 18, 22/2006;
3, 4/2007

ЗАНЯТИЕ 17
10-й класс (первый год обучения)

Кислоты

(Кислоты-окислители подробнее рассматриваются отдельно.)

План

1. Определение, строение молекулы (графические формулы).

2. Классификации (по основности, по силе электролитической диссоциации, по содержанию кислорода).

3. Физические свойства.

4. Химические свойства.

5. Методы получения кислородсодержащих, бескислородных кислот и кремниевой кислоты.

6. Области применения.

Кислоты – сложные вещества, состоящие из атомов водорода и простого или сложного кислотного остатка. Валентность кислотного остатка определяется числом атомов водорода в формульной единице кислоты:

При составлении графических формул кислот необходимо помнить, что в кислородсодержащих кислотах атом кислотообразующего элемента связывается с атомами водорода через атомы кислорода. Так, графические формулы кислот HCl, H₂SO₄, H₃PO₄ следующие:

К л а с с и ф и к а ц и я  к и с л о т

• По основности кислоты бывают одноосновные (HCl), двухосновные (H₂SO₄), трехосновные (H₃PO₄), четырехосновные (H₄P₂O₇) – по числу атомов водорода в кислоте.

• По силе электролитической диссоциации кислоты подразделяют на сильные и слабые электролиты. Ряд активности кислот выглядит следующим образом:

сильные – HI, HBr, HСlO₄, HCl, H₂SO₄, HMnO₄, HNO₃, H₂Cr₂O₇;

средние – H₂CrO₄, H₂SO₃, H₃PO₄, HF, HNO₂;

слабые – CH₃COOH, H₂CO₃, H₂S, H₃BO₃;

очень слабые – HCN, H₂SiO₃.

• По содержанию кислорода различают кислородсодержащие кислоты (HNO₂) и бескислородные (HBr).

Ф и з и ч е с к и е  с в о й с т в а

Кислоты могут быть твердыми (ортофосфорная, борная, йодная) и жидкими (серная, азотная). Кремниевая кислота – гелеобразная. Большинство кислот хорошо растворимы в воде. Растворы кислот едкие, кислые на вкус.

Х и м и ч е с к и е  с в о й с т в а  к и с л о т
(не окислителей)

Диссоциация, например:

HCl H⁺ + Cl^–.

С водородом и кислородом кислоты не взаимодействуют.

Металлы, расположенные в ряду напряжений левее водорода, вытесняют его из растворов кислот, например:

2HCl + Zn = ZnCl₂ + H₂.

Неметаллы обычно не реагируют с кислотами, например:

Н₂SO₄ + Cl₂ ... .

Однако в специфических случаях подобные реакции возможны, например:

2HBr + Cl₂ = 2HCl + Br₂.

Кислоты не реагируют с водой, кислотными оксидами и другими кислотами.

Кислоты взаимодействуют с основными оксидами и с основаниями, например:

2HCl + СаО = СaCl₂ + H₂O,

2HCl + Са(ОН)₂ = СaCl₂ + 2H₂O.

Кислоты взаимодействуют с солями по типу реакции обмена в тех случаях, когда выделяется газ, получается вода или образуется осадок, например:

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂,

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + 2HCl.

При нагревании кислоты разлагаются, например:

H₂SiO₃ H₂O + SiO₂.

Индикаторы изменяют окраску в растворах кислот.

М е т о д ы  п о л у ч е н и я кислот различаются в зависимости от наличия или отсутствия кислорода в кислоте.

Кислородсодержащие кислоты получают взаимодействием соответствующего кислотного оксида с водой, например:

SO₃ + H₂O = H₂SO₄.

Исключение составляет кремниевая кислота, которую получают реакцией обмена:

Na₂SiO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂SiO₃.

Бескислородные кислоты получают реакцией между соответствующими простыми веществами и последующим растворением полученного вещества в воде (физический процесс), например:

H₂ + S H₂S.

При растворении газа H₂S в воде получается раствор сероводородной кислоты.

О б л а с т и  п р и м е н е н и я. Кислоты применяют в технике, в пищевой отрасли промышленности, в медицине, для производства товаров бытовой химии, в химическом синтезе для получения новых веществ.

1. Укажите самую слабую из перечисленных кислот:

а) сероводородная; б) серная;

в) селеновая; г) сернистая.

2. Среди перечисленных наборов веществ укажите тот, в котором есть вещества, реагирующие друг с другом:

а) сульфид железа(II) и сульфид свинца;

б) сульфат натрия и хлорид бария;

в) гидроксид калия и гидроксид железа(II);

г) карбонат калия и серная кислота.

3. Формула высшего оксида элемента Х₂О₃. Какая из перечисленных кислот может соответствовать этому оксиду?

а) Н₂Х₄О₇; б) Н₂Х₂О₃; в) Н₂ХО₄; г) Н₄Х₂О₆.

4. Какое вещество под действием соляной кислоты превращается в хлорид меди(II)?

а) медь; б) бромид меди(II);

в) оксид меди(II); г) сульфат меди(II).

5. Ортофосфорная кислота реагирует с:

а) медью при нагревании;

б) аммиаком;

в) гидроксидом калия;

г) нашатырным спиртом.

6. Кислота, которая не может образовывать кислые соли, это:

а) сернистая; б) уксусная;

в) угольная; г) азотистая.

7. Простое вещество содержит элемент Х, входящий в состав щитовидной железы. При взаимодействии Х с газообразным веществом Y образуется сильная кислота Z. Эта кислота вступает в реакцию обмена с нитратом драгоценного металла с образованием желтого осадка. Кислота Z называется:

а) сероводородная; б) хлороводородная;

в) йодоводородная; г) бромоводородная.

8. В четырех пробирках находятся водные растворы сульфита, сульфида, сульфата и силиката натрия. С помощью какого одного реактива можно определить эти вещества?

а) Гидроксид натрия; б) соляная кислота;

в) хлорид бария; г) фенолфталеин.

9. В состав средства для удаления накипи («антинакипина») входят:

а) щелочи; б) пищевая сода;

в) кислоты; г) все перечисленное.

10. Смешали 0,5 л 7%-й серной кислоты ( = 1,046 г/мл) и 150 г 25%-й серной кислоты. Массовая доля (в %) кислоты в полученном растворе составляет:

а) 10; б) 11; в) 40; г) 48.

Ключ к тесту

Задачи на кристаллогидраты

У р о в е н ь  А

1. 5 г медного купороса растворили в 5 моль воды. Рассчитать массовую долю соли в полученном растворе.

Дано:

m(CuSO₄•5H₂O) = 5 г,

(H₂O) = 5 моль.

Найти:

(CuSO₄).

Решение

(CuSO₄•5H₂O) = m(CuSO₄•5H₂O)/M(CuSO₄•5H₂O) = 5/250 = 0,02 моль,

(CuSO₄) = (CuSO₄•5H₂O) = 0,02 моль;

m(CuSO₄) = (CuSO₄)М(CuSO₄) = 0,02•160 = 3,2 г;

(CuSO₄) = m(CuSO₄)/m(р-ра) = = 0,0337, или
3,37%.

Ответ. 3,37%.

2. Для приготовления 5%-го раствора сульфата магния взято 400 г его гептагидрата. Найти массу полученного раствора.

Ответ. 3,9 кг.

3. Определить массовую долю сульфата меди в растворе, полученном при растворении 50 г медного купороса в 450 г воды.

Ответ. 6,4%.

4. В какой массе воды нужно растворить 25 г медного купороса для получения 8%-го раствора соли?

Ответ. 175 г.

5. Какую массу декагидрата сульфата натрия нужно растворить в 800 г воды, чтобы получить 10%-й раствор соли?

Ответ. 234,6 г.

6. Определить формулу кристаллогидрата хлорида кальция, если 2,22 г безводной соли образует с водой 4,38 г кристаллогидрата.

Ответ. Гексагидрат CaCl₂•6H₂O.

7. Содержание кристаллизационной воды в кристаллогидрате сульфата железа(II) составляет 45,32% его массы. Определить формулу этого кристаллогидрата.

Ответ. Гептагидрат FeSO₄•7H₂O.

8. Какова процентная концентрация раствора хлорида кальция, полученного растворением 21,9 г его гексагидрата в 100 мл воды?

Ответ. 9,1%.

9. Определить состав кристаллогидрата сульфата натрия, если известно, что при нагревании 80,5 г кристаллогидрата до 300 °С масса испарившейся воды составила 45 г. Какова массовая доля раствора, полученного при растворении 80,5 г данного криталлогидрата в 2 л воды?

Ответ. Декагидрат Na₂SO₄•10H₂O; = 1,7%.

У р о в е н ь  Б

1. 27,84 г частично обезвоженной кристаллической соды с избытком соляной кислоты выделяет 2,683 л (н.у.) углекислого газа. Найти формулу частично обезвоженной соды. Определить, сколько процентов воды потеряла кристаллическая сода при частичном обезвоживании.

Ответ. Гептагидрат Na₂CO₃•7H₂O; 18,9%.

2. При растворении 28 г неизвестного металла в разбавленной серной кислоте выделяется 11,2 л газа и образуется сульфат металла, из которого получается 139 г кристаллогидрата. Определить формулу полученного кристаллогидрата.

Ответ. Гептагидрат FeSO₄•7H₂O.

3. Смесь кристаллогидратов медного и железного купоросов массой 3,89 г растворили в воде и добавили к раствору избыток хлорида бария. Выпало 3,5 г осадка. Определить состав исходной смеси.

Ответ. 64,3% CuSO₄•5H₂O
и 35,7% FeSO₄•7H₂O.

4. Из 500 г 40%-го раствора сульфата железа(II) при охлаждении выпало 100 г его гептагидрата. Какова массовая доля вещества в оставшемся растворе?

Ответ. 36,3%.

5. Какую массу тетрагидрата нитрата кальция нужно растворить в 75 г 2%-го раствора нитрата кальция для получения раствора с молярной концентрацией 0,948 моль/л ( = 1,11 г/мл)?

Ответ. 16,2 г.

6. К 400 мл раствора дихромата натрия с концентрацией 0,238 моль/л ( = 1,041 г/мл) добавили 40 г кристаллогидрата этой соли. Массовая доля соли в растворе стала равна 13,17%. Установить состав кристаллогидрата.

Ответ. Дигидрат Na₂Cr₂O₇•2H₂O.

7. Необходимо приготовить 1 кг 20%-го раствора соли. Сколько граммов ее кристаллогидрата и воды потребуется для этого, если известно, что в кристаллогидрате соли содержится на 79,5% больше, чем воды?

Ответ. 222,84 г кристаллогидрата
и 777,15 г воды.

8. К 15%-му раствору ацетата свинца добавили 20 г кристаллогидрата этой соли. Полученный раствор имел массу 150 г и содержал 24,43% ацетата свинца. Установить формулу кристаллогидрата.

Ответ. Тригидрат Pb(CH₃COO)₂•3H₂O.

9. К 200 г 20%-го раствора нитрата цинка добавили 40 г кристаллогидрата этой соли. Концентрация соли в полученном растворе составила 27,27%. Установить формулу кристаллогидрата.

Ответ. Гексагидрат Zn(NO₃)₂•6H₂O.

10. Дана смесь, в которой количества веществ хлорида натрия и кристаллогидрата бромида натрия равны между собой. Массовая доля поваренной соли в смеси составляет 29,6%. Установить состав кристаллогидрата.

Ответ. Дигидрат NaBr•2H₂O.

11. Чтобы получить смесь оксида хрома(III) и кристаллогидрата сульфата хрома(III) с равными массовыми долями этих двух соединений, количество вещества оксида было взято в 4,71 раза больше, чем кристаллогидрата. Установить состав кристаллогидрата.

Решение

Рассчитаем молярные массы оксида и кристаллогидрата:

M₁(Cr₂O₃) = 152 г/моль,

M₂(Cr(SO₄)₃•nH₂O) = (392 + 18n) г/моль.

По условию задачи:

₁(Cr₂O₃) = ₂(Cr₂(SO₄)₃•nH₂O).

Значит,

m₁(Cr₂O₃) = m₂(Cr₂(SO₄)₃•nH₂O).

Пусть m₁ = 152 г, тогда m₂ = m₁ = 152 г,

₁ = m₁/M₁ = 152/152 = 1 моль.

По условию задачи:

при ₁ = 1 моль ₂ = 1/4,71 = 0,2123 моль.

Тогда

M₂ = m₂/₂ = 152/0,2123 = 716 г/моль,

m(H₂O) = 716 – 392 = 324 г,

n = m(H₂O)/M(H₂O) = 18.

Ответ. Формула кристаллогидрата – Cr₂(SO₄)₃•18H₂O.

12. К 2%-му раствору хлорида алюминия добавили 100 г гексагидрата этой соли. Найти концентрацию полученного раствора, объем которого составил 1047 мл, а плотность равна 1,07 г/мл.

Ответ. 6,75%.

13. Какой объем 5%-го раствора сульфата натрия надо взять, чтобы растворение в нем 150 г декагидрата сульфата натрия привело к образованию 14%-го раствора? Плотности растворов равны соответственно 1,044 г/мл и 1,131 г/мл.

Ответ. 480,5 мл.

Продолжение следует