Підготовка до ЗНО з хімії

Кислоти – сполуки, в яких атоми Гідрогену, що входять до їх складу можуть заміщуватись атомами металів з утворенням солей:

2HCl + 2Na = 2NaCl + H₂,                        H₂SO₄ + Fe = FeSO₄ + H₂.

Сучасне визначення кислот див. Електролітична дисоціація.

Кислоти класифікують за різними критеріями (схема 13.2).

Схема 13.2

Класифікація неорганічних кислот

Поширені два типи номенклатури кислот – хімічна (систематична або раціональна) і тривіальна. Перша найчастіше застосовується у науковій літературі, друга – у промисловості, побуті. Чіткого розподілу сфер їх використання немає.

Згідно сучасної української хімічної номенклатури систематичні назви кислот складаються з двох слів, друге з яких кислота. Корінь першого слова походить від назви елемента, що утворює кислоту, з додаванням суфікса -ат- (нітратна кислота HNO₃ – сполука Нітрогену N, карбонатна кислота H₂CO₃ – сполука Карбону C тощо). У випадку оксигеновмісної кислоти це слово може включати показник ступеня окиснення елемента. Якщо елемент, який утворює кислоту, перебуває у максимальному ступені окиснення, то його зазвичай не вказують (H₂S⁺⁶O₄ – сульфатна кислота), в іншому випадку ступінь окиснення вказують у дужках (H₂S⁺⁴O₃ – сульфатна (IV) кислота).

Перше слово назви безоксигенової кислоти походить від назви елемента з додаванням суфікса -ід- або -ид- (сульфідна кислота Н₂S, йодидна кислота НІ).

Для деяких найважливіших кислот поряд із систематичними назвами збереглися раціональні. У цих назвах різні ступені окиснення елементів, що утворюють кислоти позначаються префіксами і/або суфіксами: Н₃Р⁺³О₃ –фосфатсита, Н₃Р⁺⁵О₄ – ортофосфатна, H₂S⁺⁴O₃ – сульфітна, H₂S⁺⁶O₄ – сульфатна, HCl⁺¹O – гіпохлоритна, HCl⁺³O₂ – хлоритна, HCl⁺⁵O₃ –хлоратна, HCl⁺⁷O₄ – перхлоратна кислоти.

Раціональні назви аніонів походять від хімічних назв відповідних кислот (табл. 13.7). Номенклатуру органічних кислот детально розглянуто у розд. Органічна хімія.

Таблиця 13.7

Назви деяких кислот та їх аніонів

Графічні формули.

В оксигеновмісних кислотах атоми Гідрогену зв’язані з атомом елемента-кислотоутворювача через атоми Оксигену (табл. 13.7).

В оксигеновмісних кислотах, молекули яких містять 2 або більше атомів елемента-кислотоутворювача, ці атоми з’єднані через атоми Оксигену:

Н₄Р₂О₇: ;         H₂Cr₂O₇: 

Слід запам’ятати, що не завжди кількість атомів Гідрогену збігається з основністю кислоти, оскільки основність визначають лише атоми Гідрогену, зв’язані з центральним атомом через Оксиген (табл. 13.8).

Таблиця 13.8

Основність деяких оксигеновмісних кислот фосфору

Назва	Формула	Графічна формула	Основність
Метафосфатна	НРО3		1
Гіпофосфітна	Н3PO2		1
Фосфітна	Н3PO3		2
Ортофосфатна	Н3PO4		3

Ще очевидніше це виявляється у молекулах вищих карбонових кислот, які містять велику кількість атомів Гідрогену, залишаючись при цьому одноосновними: С₁₇Н₃₃СООН – олеїнова, С₁₇Н₃₅СООН – стеаринова кислоти.

Одержання кислот.

1. Безоксигенові кислоти одержують безпосередньо взаємодією неметалу з воднем:

Н₂ + Hal₂ = 2HHal,                 Н₂ + S = H₂S.

2. Оксигеновмісні кислоти утворюються при взаємодії кислотних оксидів (ангідридів) з водою:

Р₂О₅ + Н₂О = Н₃РО₄,              SO₃ + H₂O = H₂SO₄,

СlO₂ + H₂O = HClO + HClO₂

3. Кислоти, ангідриди яких з водою не реагують, добувають з їх солей реакціями обміну:

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂SiO₃.

Таким чином можна одержати й деякі інші кислоти, за умови, що у реакції утворяться газоподібні, малорозчинні або малодисоційовані сполуки:

NaCl_(тв.) + H₂SO_4(к.) = HCl + NaHSO₄,

FeS + 2HCl = FeCl₂ + H₂S.

1. Безоксигенові та оксигеновмісні кислоти можна одержати гідролізом відповідних галоген- або тіоангідридів:

PCl₅ + 4H₂O = H₃PO₄ + 5HCl,                   POCl₃ + 3H₂O = H₃PO₄ + 3HCl,

PBr₃ + 3H₂O = H₃PO₃ + 3HBr,                  SO₂Cl₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HCl,

P₂S₃ + 6H₂O = 2H₃PO₃ + 3H₂S,                  P₂S₅ + 8H₂O = 2H₃PO₄ + 5H₂S,

2.Деякі кислоти можна одержати шляхом окисно-відновних реакцій:

Сl₂ + H₂O_{(гаряча)} = HCl + HClO₃,       Сl₂ + H₂O_{(холодна)} = HCl + HClO,

3P + 5HNO₃ + 2H₂O = 3H₃PO₄ + 5NO,     S + 2HNO₃ = H₂SO₄ + 2NO.

Фізичні властивості кислот.

За н. у. кислоти перебувають у твердому (силікатна H₂SiO₃, боратна H₃BO₃, ортофосфатна H₃PO₄) або рідкому (сульфатна H₂SO₄, нітратна HNO₃) стані. Вони добре розчинні у воді (крім H₂SiO₃). Водні розчини газоподібних сполук гідрогену з деякими неметалами (HHal, H₂S, HCN) теж є кислотами.

Розчини кислот кислі на смак, роз’їдають тканини, шкіру. Усі кислоти змінюють забарвлення індикаторів (див. Індикатори).

Хімічні властивості кислот умовно можна розділити на дві групи:

І. Спільні для всіх кислот, пов’язані з наявністю у їх розчинах іонів гідроксонію Н₃О⁺.

ІІ. Специфічні, характерні для конкретних кислот (зокрема якісні реакції), розглянуті при вивченні відповідних елементів.

Розглянемо спільні властивості кислот.

Іон Н⁺, який обов’язково наявний у водних розчинах усіх кислот у формі Н₃О⁺, з одного боку може вступати в окисно-відновні реакції, відновлюючись при цьому до молекулярного водню Н₂, а з іншого – взаємодіяти з негативно зарядженими або нейтральними частинками, які мають неподілені електронні пари (кислотно-основна взаємодія).

Окисно-відновні реакції – взаємодія кислот з металами, які в ряду стандартних електродних потенціалів розміщені до Гідрогену:

2Ме + 2nН⁺ = 2Меⁿ⁺ + nH₂.

За цією схемою реагують усі кислоти-неокисники.

Кислотно-основними є реакції з основними оксидами, основами (див. вище), середніми, основними та іноді з кислими солями (див. Солі) з утворенням нових солей:

H₂SO₄ + СаO = CaSO₄↓ + H₂O,       HCl + NaOH= NaCl + H₂O,

2HNO₃ + BаCO₃ = Ba(NO₃)₂ + CO₂­↑ + H₂O,

4HBr + (CuOH)₂CO₃ = 2CuBr₂ + CO₂­↑ + 3H₂O,

H₂SO₄ + 2KHSO₃ = K₂SO₄ + 2SO₂­↑ + 2H₂O.

Багатоосновні кислоти, перебуваючи у реакційній суміші у надлишку, реагують із середніми солями утворюючи кислі солі:

Ca₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄ = 3Ca(H₂PO₄)₂,                    KOH + H₂SO₄ = KHSO₄ + H₂O,

Окремим випадком кислотно-основної взаємодії є кольорові реакції з індикаторами (див. Індикатори).

При нагріванні оксигеновмісні кислоти відщеплюють воду з утворенням ангідридів:

2H₃PO₄ = P₂O₅ + 3H₂O,                    4HNO₃ = 4NO₂ + 2H₂O + O₂.