11 класс. Химия. Оксиды. Основания. Кислоты

Комментарии преподавателя

Кислоты – это вещества молекулярного строения. Атомы в молекулах кислот связаны ковалентными полярными связями. Чем больше поляризована связь между атомом водорода,  способным отщепляться, и электроотрицательным атомом (кислорода, серы или атомом галогена), то тем более эта связь склонна диссоциировать по гетеролитическому пути. А значит, тем больше в растворе будет катионов водорода и тем кислее будет среда. Большое значение имеет не только полярность, но и поляризуемость связи. Поляризуемость – это способность связи поляризоваться под действием определенных реагентов. Например, молекул воды.

Классификация кислот

Классификация кислот по содержанию атомов кислорода, по количеству атомов водорода, по растворимости и другим признакам. См. Табл. 1.

Признаки классификации	Группы кислот	Пример
Наличие кислорода	Кислородсодержащие	Н2SO4, HNO3
Бескислородные	Н2S, HCl
Основность (число атомов водорода, способных замещаться на металл)	Одноосновные	HNO3 , HCl
Двухосновные	Н2S, Н2CO3
Трёхосновные	H3PO4
Растворимость	Растворимые	Н2SO4, HNO3
Нерастворимы	Н2SiO3
Летучесть	Летучие	HCl
Нелетучие	Н2SO4
Степень электролитической диссоциации	Сильные	Н2SO4, HNO3, HCl
Слабые	Н2S, Н2CO3
Стабильность	Стабильные	H3PO4, Н2SO4, HCl
Нестабильные	Н2CO3, Н2SO3

Химические свойства кислот

1. Реакция с металлами.

Металлы, расположенные в ряду напряжений металлов (Рис. 1.) до водорода, вытесняют водород из кислот.

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑

Рис. 1.

С концентрированной азотной и серной кислотой реакции идут за счет анионного остатка. Водород не выделяется. Рис. 2.

Cu + 4HNO3(конц) = Cu (NO3)2 + 2NO2↑ + H2O

Cu + 2H2SO4(конц) = Cu SO4 + SO2↑ + H2O

Рис. 2

2. Реакция с основными и амфотерными оксидами с образованием соли и воды.

                                               K2O+ HNO3 = KNO3 + H2O

                                               Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O

3. Реакция с солями. Кислоты реагируют с растворами солей, если в результате реакции один из продуктов выпадает в осадок, поскольку образование нерастворимых соединений смещает равновесие вправо и делает её практически необратимой.

                                               Н2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ +2 HCl

                                               H2CO3 + BaCl2 = BaCO3↓ +2 HCl

4. Реагируют с основаниями и амфотерными гидроксидами.

KOН+ HNO3 = KNO3 + H2O

                                               Al(OН)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O

                                               NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O

5. Обнаружение кислот при помощи кислотно-основных индикаторов.

В кислой среде лакмус приобретает красную окраску. Метиловый оранжевый – красную, а фенолфталеиновый – бесцветный.                                                                                                

Основные способы получения кислот

1.  Бескислородные кислоты можно получить из простых веществ.

H2 + Cl22HCl

H2 + S  H2S

2. Кислородсодержащие кислоты можно получить гидратацией соответствующих кислотных оксидов.

N2O5 + H2O → 2HNO3

SO3 + H2O → H2SO4

3. Получение кислот вытеснением слабых кислот сильными, летучих – нелетучими, растворимых – нерастворимыми. Например, сильная соляная кислота вытесняет слабую уксусную из растворов их солей.

СH3COONa + HCl = CH3COOH + NaCl

NaСl (тв.) + H2SO4= NaНSO4 + HCl↑

4. Кислоты можно получить при гидролизе некоторых солей или галогенидов.

Al2 S3 +6 H2O → 2Al (OH)3↓+ 3H2S↑

PCl5 + H2O → H3PO4 + 5HCl

Теория кислот и оснований Сванте Аррениуса . Она базируется на теории электролитической диссоциации. Согласно ей, кислоты – это вещества, образующие в водном растворе гидратированные ионы водорода и анионы кислотного остатка. А соответственно, основания – это вещества, диссоциирующие в водном растворе на катионы металла и анионы гидроксогруппы.

Теория Брёнстеда и Лоури. Согласно этой теории, кислоты – это молекулы или ионы, которые в данной реакции являются донорами протонов, а основания – это молекулы или ионы, которые принимают протоны, т. е. акцепторы.

В органической химии существует теория Льюиса. Кислота – это молекула или ион, имеющая вакантные валентные орбитали, вследствие чего они способны принимать электронные пары, например, ионы водорода, ионы металлов, некоторые оксиды, а также ряд солей. Кислоты Льюиса, не содержащие ионов водорода, называются апротонными. Протонсодержащие кислоты рассматриваются, как частный случай класса кислот.

Основание по теории Льюиса – это молекула или ион, способные быть донорами электронных пар: все анионы, аммиак, амины, вода, спирты, галогены.

Пример реакции между кислотами и основаниями Льюиса.

AlCl3+ Cl- → Cl4-

Это взаимодействие лежит в основе галогенирования ароматических соединений.

Теория Усановича. В этой теории кислота – это частица, которая способна отщеплять катионы или присоединять анионы. Соответственно, основание наоборот. Этой теорией пользуются очень редко, потому что она получилась слишком общей. Согласно ей, любые взаимодействия с участием ионов можно свести к кислотно-основным. А это не очень удобно..

Константа диссоциации

Для количественной характеристики того, как кислота диссоциирует на ионы, кроме понятия степени электролитической диссоциации используют понятие константа диссоциации. Константа диссоциации – это вид константы равновесия, которая показывает склонность некоторого большого объекта (кислоты, соли или комплексного соединения) обратимо диссоциировать с образованием более маленьких объектов. Константа диссоциации определяется как произведение концентраций ионов в степени их стехиометрических коэффициентов, делённое на недиссоциированную форму.

В случае диссоциации вещества с многовалентными ионами, диссоциация происходит ступенчато. Для каждой ступени существует собственное значение константы диссоциации.

Пример диссоциации трехосновной борной кислоты H3BO3.

I ступень: Н3ВО3 ↔ Н+ + Н2ВО3-

I ступень: Н2ВО3- ↔ Н+ + НВО32-

I ступень: НВО32- ↔ Н+ + ВО33-

Выражение констант диссоциации по каждой из этих ступеней будет выглядеть так:

Из значения констант диссоциации делаем вывод, что многоосновные вещества в основном диссоциируют по первой ступени.

В организме человека большую роль играют три неорганических кислоты. Это – фосфорная кислота, угольная и соляная. Фосфорная кислота входит в состав буферных систем крови. Буферными называются такие растворы, которые при добавлении небольших количеств кислот или оснований изменяют свой водородный показатель рН. Эти системы нужны для того, чтобы поддерживать кислотность крови в определенном и довольно узком интервале. Остатки фосфорной кислоты входят в остатки многих биологически активных веществ, например нуклеиновых кислот и многих ферментов. Наши кости состоят из гидроксида фосфата кальция Сa10(PO4)6(OH)2 или гидроксиапатита кальция, а зубы включают в себя фторапатит кальция Сa10(PO4)6F2. Рис. 8.

Рис. 8.

Угольная кислота также входит в состав буферных систем крови. За счёт действия легких такие системы можно быстро и легко регулировать и можно варьировать количество углекислого газа в крови.

Соляная кислота содержится в желудочном соке. Она способствует денатурации и набуханию белков, что облегчает их последующее расщепление ферментами. Она создает кислую среду, необходимую для действия ферментов. Она ответственна за антибактериальную среду желудочного сока.

ИСТОЧНИКИ

источник видео - https://www.youtube.com/watch?v=KqOwvPrN8W4

источник презентации - http://ppt4web.ru/khimija/kisloty5.html

Файлы