Решебник по химии 8 класс Габриелян §25

Кислоты, их классификация и химические свойства

Стр. 108

Вопрос

Вспомните названия изученных кислот, их состав и классификацию. Какая часть молекул кислот определяет их общие химические свойства?

Кислоты — это сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка. Они классифицируются по наличию кислорода (бескислородные и кислородсодержащие), по основности (одноосновные, двухосновные, трёхосновные), по растворимости (растворимые и нерастворимые), по летучести (летучие и нелетучие) и по стабильности (стабильные и нестабильные). Кислородсодержащие кислоты включают, например, серную кислоту (H₂SO₄) и азотную кислоту (HNO₃), а бескислородные – соляную кислоту (HCl) и сероводородную кислоту (H₂S).

Общие химические свойства кислот определяются наличием в их молекулах ионов водорода (H⁺), которые обусловливают кислотный вкус, способность изменять окраску индикаторов, вступать в реакции с металлами, основаниями и солями.

Стр. 109

Лабораторный опыт 22

В одну пробирку опустите гранулу цинка, в другую — кусочек меди и добавьте по 2–3 мл соляной кислоты. Что наблюдаете? Объясните результат наблюдения. Запишите уравнения реакций.

При добавлении соляной кислоты (HCl) к цинку (Zn) наблюдается выделение пузырьков газа. Это свидетельствует о выделении водорода в результате химической реакции. Цинк взаимодействует с кислотой, так как он активнее водорода и способен вытеснять его из кислот:

(Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑).

При добавлении соляной кислоты к меди (Cu) реакции не происходит, пузырьков газа не наблюдается. Это связано с тем, что медь менее активна, чем водород, и не вытесняет его из кислоты. Таким образом, медь не реагирует с разбавленной соляной кислотой.

Стр. 110

Лабораторный опыт 23

В пробирку с раствором карбоната натрия (1 мл) добавьте такой же объём соляной кислоты. Что наблюдаете? В пробирку с соляной кислотой добавьте несколько капель раствора нитрата серебра. Что наблюдаете? Запишите уравнения реакций.

При добавлении соляной кислоты (HCl) к раствору карбоната натрия (Na₂CO₃) наблюдается выделение пузырьков газа. Это указывает на выделение углекислого газа (CO₂), который образуется в результате разложения угольной кислоты (H₂CO₃), образующейся в ходе реакции.

Уравнение реакции:

(Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂CO₃)

(H₂CO₃ → H₂O + CO₂↑)

При добавлении раствора нитрата серебра (AgNO₃) к соляной кислоте (HCl) наблюдается образование белого осадка хлорида серебра (AgCl), который не растворяется в воде.

Уравнение реакции:

(AgNO₃ + HCl → AgCl↓ + HNO₃)

Белый осадок AgCl является характерным признаком наличия хлорид-ионов в растворе.

Стр. 110

Проверьте свои знания

1. Дайте определение кислот, исходя из их состава.

Кислоты — это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода и кислотного остатка. Они способны диссоциировать в водных растворах, выделяя ионы водорода (H⁺), что обуславливает их кислый вкус, способность изменять окраску индикаторов и вступать в химические реакции с основаниями, металлами и солями.

2. Напишите уравнение реакции H₂SO₄(разб.) и меди, укажите условия протекания реакции.

Медь не взаимодействует с разбавленной серной кислотой, так как она стоит в ряду активности металлов правее водорода и не вытесняет его из кислот. Однако при использовании концентрированной серной кислоты и нагревании реакция возможна:

(Cu + 2H₂SO₄(конц.) → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O).

При этом выделяется сернистый газ (SO₂), а медь окисляется.

3. Как образуются названия кислот?

Названия кислот зависят от их состава. Бескислородные кислоты образуются по схеме: название неметалла + «водородная кислота». Например, HCl — хлороводородная кислота, H₂S — сероводородная кислота. Кислородсодержащие кислоты получают название по форме: корень названия неметалла + «ист(н)-ая кислота». Например, HNO₂ — азотистая кислота, HNO₃ — азотная кислота.

4. Как классифицируются кислоты?

Кислоты классифицируются по нескольким признакам. По наличию кислорода они делятся на бескислородные (HCl, H₂S) и кислородсодержащие (H₂SO₄, HNO₃). По основности, то есть количеству атомов водорода, которые могут замещаться металлом, они бывают одноосновные (HCl, HNO₃), двухосновные (H₂SO₄, H₂CO₃) и трёхосновные (H₃PO₄). По растворимости кислоты делятся на растворимые (HCl, H₂SO₄) и нерастворимые (H₂SiO₃). По летучести различают летучие кислоты (HCl, H₂S) и нелетучие (H₂SO₄, H₂SiO₃). По стабильности кислоты бывают стабильные (H₂SO₄, HNO₃) и нестабильные (H₂CO₃, H₂SO₃), которые легко разлагаются.

5. Какие условия необходимо соблюдать для протекания реакций кислот с металлами и солями?

Реакция кислот с металлами возможна, если металл находится в ряду активности левее водорода. В этом случае кислота окисляет металл, выделяя водород. Например, взаимодействие цинка с соляной кислотой:

(Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑).

Металлы, стоящие правее водорода, не реагируют с кислотами, за исключением взаимодействия с концентрированной серной и азотной кислотами, которые являются сильными окислителями.

Реакция кислот с солями возможна, если в результате образуется осадок, газ или слабый электролит. Например, при взаимодействии серной кислоты с хлоридом бария образуется нерастворимый сульфат бария:

(BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HCl).

Если осадок не выпадает, газ не выделяется и не образуется слабый электролит, реакция не идет.

Стр. 111

Примените свои знания

6. Исходя из признаков классификации кислот, дайте полную характеристику азотной и фосфорной кислот.

Азотная кислота (HNO₃) – кислородсодержащая кислота, одноосновная, растворимая в воде, нелетучая, сильная и стабильная. Она обладает окислительными свойствами, разлагаясь при нагревании и выделяя токсичный бурый газ NO₂. Взаимодействует с металлами, основаниями и солями.

Фосфорная кислота (H₃PO₄) – кислородсодержащая кислота, трёхосновная, растворимая в воде, нелетучая, слабая и стабильная. В отличие от азотной кислоты, она не является сильным окислителем, но активно взаимодействует с основаниями и солями.

7. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: Cl₂ → HCl → NaCl → AgCl

Хлор реагирует с водородом при нагревании с образованием хлороводорода:

(Cl₂ + H₂ → 2HCl).

Хлороводород растворяется в воде, образуя соляную кислоту, которая реагирует с гидроксидом натрия:

(HCl + NaOH → NaCl + H₂O).

Хлорид натрия при взаимодействии с нитратом серебра образует осадок хлорида серебра:

(NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃).

8. На полную нейтрализацию 110 г раствора серной кислоты потребовалось 80 г 10%-ного раствора гидроксида натрия. Рассчитайте массовую долю кислоты в исходном растворе.

Масса гидроксида натрия в растворе:

(80 г × 0,1 = 8 г NaOH).

Согласно уравнению реакции:

(H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O),

на 2 моль NaOH требуется 1 моль H₂SO₄, следовательно, масса H₂SO₄:

(8 г NaOH × (98 г H₂SO₄ / (2 × 40 г NaOH)) = 9,8 г H₂SO₄).

Массовая доля H₂SO₄ в исходном растворе:

(9,8 г / 110 г) × 100% = 8,9%.

9. Выведите формулу кислоты, если известно, что в её состав входят 12,13% водорода, 29,79% азота и 68,08% кислорода.

Делим процентное содержание каждого элемента на его атомную массу:

H: 12,13 / 1 = 12,13

N: 29,79 / 14 = 2,13

O: 68,08 / 16 = 4,26

Отношение элементов округляем до целых чисел:

H : N : O = 1 : 1 : 2

Формула кислоты: HNO₂ (азотистая кислота).

10. К 80 г 40%-ного раствора серной кислоты (плотность 1,3 г/мл) добавили 112 мл воды. Найдите массовую долю кислоты в полученном растворе.

Масса 80 г раствора:

Масса H₂SO₄ в растворе = 80 г × 0,4 = 32 г.

После добавления воды масса раствора:

(80 г + 112 г = 192 г).

Массовая доля H₂SO₄ в новом растворе:

(32 г / 192 г) × 100% = 16,7%.

11. С какими из перечисленных веществ будет реагировать соляная кислота: азот, железо, оксид кальция, серная кислота, гидроксид алюминия, сульфат натрия, нитрат серебра? Напишите уравнения возможных реакций.

Соляная кислота реагирует с железом с выделением водорода:

(Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑).

С оксидом кальция, образуя соль и воду:

(CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O).

С гидроксидом алюминия, образуя соль и воду:

(Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O).

С нитратом серебра, образуя белый осадок хлорида серебра:

(AgNO₃ + HCl → AgCl↓ + HNO₃).

Азот, серная кислота и сульфат натрия с соляной кислотой не реагируют.

Стр. 111

Используйте дополнительную информацию

12. Подготовьте сообщение о получении, свойствах и применении одной из кислот. Аргументируйте выбор кислоты.

Сообщение

Серная кислота – кровь химической промышленности

Серная кислота (H₂SO₄) – одно из важнейших химических соединений, широко используемых в различных отраслях промышленности и науки. Она известна своими сильными кислотными и окислительными свойствами, а также способностью реагировать с множеством веществ. Благодаря её значимости в производстве удобрений, химикатов, аккумуляторов и других материалов, серную кислоту называют «кровью химической промышленности».

Получение серной кислоты

Серную кислоту получают контактным методом, который включает несколько стадий. Вначале сжигают серу или пирит (FeS₂), получая диоксид серы (SO₂):

(S + O₂ → SO₂)

(4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂)

Затем оксид серы (IV) окисляют до оксида серы (VI) с помощью кислорода в присутствии катализатора – оксида ванадия (V₂O₅): (2SO₂ + O₂ → 2SO₃).

Следующим этапом является поглощение оксида серы (VI) концентрированной серной кислотой, в результате чего образуется олеум (H₂S₂O₇):

(SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇).

Для получения серной кислоты нужной концентрации олеум разбавляют водой:

(H₂S₂O₇ + H₂O → 2H₂SO₄).

Процесс требует строгого контроля, так как при смешивании серной кислоты с водой выделяется большое количество тепла, что может привести к разбрызгиванию раствора.

Физические и химические свойства

Серная кислота – тяжёлая, бесцветная, маслянистая жидкость без запаха. Она очень хорошо растворяется в воде с выделением большого количества тепла, поэтому при приготовлении растворов её всегда добавляют в воду, а не наоборот. Концентрированная серная кислота является сильным дегидратирующим агентом, поглощая воду и разрушая органические вещества.

По химическим свойствам серная кислота проявляет себя как сильная кислота, которая диссоциирует в два этапа:

(H₂SO₄ ⇄ H⁺ + HSO₄⁻),

(HSO₄⁻ ⇄ H⁺ + SO₄²⁻).

Она реагирует с основаниями, образуя соли – сульфаты:

(2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O).

Серная кислота также взаимодействует с металлами, стоящими в ряду активности левее водорода, с выделением водорода:

(Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑).

Однако концентрированная серная кислота действует как окислитель и может реагировать даже с металлами, не вытесняющими водород из растворов кислот. Например, медь реагирует с горячей концентрированной серной кислотой с образованием оксида серы (IV):

(Cu + 2H₂SO₄(конц.) → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O).

Применение серной кислоты

Серная кислота – один из наиболее востребованных химических продуктов. Основная сфера её применения – производство минеральных удобрений, таких как суперфосфат (Ca(H₂PO₄)₂). Она также используется в нефтепереработке, металлургии, производстве красителей, пластмасс, моющих средств, лекарств и даже в текстильной промышленности. В химических лабораториях серную кислоту применяют для осушения газов, проведения реакций и синтеза различных соединений.

Отдельно стоит отметить использование серной кислоты в автомобильных аккумуляторах. Разбавленный раствор H₂SO₄ служит электролитом, обеспечивая работу свинцовых аккумуляторов по реакции:

(Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ ⇄ 2PbSO₄ + 2H₂O).

Заключение

Серная кислота играет ключевую роль в современной химии и промышленности. Её использование охватывает множество сфер – от сельского хозяйства до тяжёлой индустрии. Благодаря своим уникальным химическим свойствам и способности участвовать в различных реакциях, серная кислота остаётся одним из самых востребованных веществ в мире.