§8.1 Первоначальные сведения о классах соединений. Оксиды, кислоты, основания, соли.

Классификация облегчает изучение веществ, поэтому вещества похожего состава объединяют в классы. Вещества, относящиеся к какому-либо одному классу, обязательно обладают какими-то общими, похожими химическими свойствами. Например, в главе 5 мы дали определение оксидам, как веществам, состоящим из атомов двух элементов, один из которых - кислород.

Вспомним формулы оксидов из главы 5:

SO2

SO3

CO2

CaO

Fe2O3

оксид серы (IV)

оксид серы (VI)

оксид углерода (IV)

оксид кальция

оксид железа (III)

Формулы оксидов похожи друг на друга тем, что каждая включает только два элемента, один из которых обязательно кислород. Есть у них и общие химические свойства. Например, все оксиды могут быть получены при взаимодействии элементов с кислородом. И наоборот, из любого оксида можно получить элемент в чистом виде с помощью реакции этого оксида с водородом или другим восстановителем.

Помимо общих свойств, у соединений одного класса могут наблюдаться и различия в химическом поведении. Например, есть оксиды кислотные и оксиды основные.

Кислотные оксиды способны превращаться в кислоты.

SO3

+

H2O

=

H2SO4

кислотный оксид

 

вода

 

серная кислота

Кислотные оксиды образуются (за редким исключением) из неметаллов.

Основные оксиды способны превращаться в основания. Они образованы металлами.

CaO

+

H2O

=

Ca(OH)2

основной оксид

 

вода

 

гидроксид кальция - основание

Образующиеся из оксидов кислоты (§8.3) и основания (§8.4) являются самостоятельными классами соединений. Давайте выясним, что объединяет между собой кислоты и что основания.

Важнейшее общее свойство кислот заключается в том, что они способны предоставлять свои атомы водорода (в виде ионов Н+) для реакций с другими веществами:

H2SO4

+

Zn

=

ZnSO4

+

H2 (газ)

серная кислота

 

цинк

 

два атома водорода замещены цинком

   


HCl

+

AgNO3

=

AgCl (осадок)

+

HNO3

соляная кислота

 

соль серебра

 

атом водорода замещен серебром

   

Таким образом, молекула любой кислоты состоит из подвижных атомов водорода и оставшейся части молекулы, которая называется кислотным остатком:

H2SO4 серная кислота (SO4 2– кислотный остаток),

HCl – соляная кислота (Cl - кислотный остаток),

HNO3 азотная кислота (NO3- кислотный остаток).

Рядом с кислотным остатком указан его электрический заряд. Кислотный остаток может выступать в химических реакциях как самостоятельная частица.

Кислотные остатки могут переходить без изменений из одного соединения в другое.

Важнейшим общим свойством оснований является следующие: для реакций с другими соединениями они могут предоставлять свои гидрокси-группы (группы ОН- ). Эти группы ведут себя в реакциях оснований как отдельные частицы и могут без изменений переходить в новое соединение.

Ca(OH)2 + 2 HCl = CaCl2 + 2 H2O (или 2 НОН)

(в этой реакции обе гидрокси-группы перешли из Ca(OH)2 в молекулы воды)

Гидрокси-группы могут переходить без изменений из одного соединения в другое.

Чтобы подчеркнуть роль гидрокси-групп в свойствах оснований, их формулы пишут не так, как формулы кислот. Например: Ca(OH)2 (но не H2CaO2).

Когда кислоты и основания реагируют между собой, получаются соли – еще один важнейший класс соединений:

HCl

+

NaOH

=

NaCl

+

H2O

кислота

 

основание

 

соль:
хлорид натрия

   

2HNO3

+

Ba(OH)2

=

Ba(NO3)2

+

2H2O

кислота

 

основание

 

соль:
нитрат бария

   

H2SO4

+

2KOH

=

K2SO4

+

2H2O

кислота

 

основание

 

соль:
сульфат калия

   

Результат этих реакций объясняется следующим образом. В растворе кислоты распадаются на ионы H+ и ионы кислотных остатков:

HCl = H+ + Cl-

HNO3 = H+ + NO3-

H2SO4 = 2H+ + SO42-

Основания в растворе распадаются с образованием ионов OH- и катионов различных металлов:

NaOH = Na+ + OH-

Ba(OH)2 = Ba2+ + 2 OH-

KOH = K+ + OH-

Когда сливают вместе растворы кислоты и основания, ионы H+ и OH- охотно объединяются в прочную молекулу воды:

HCl + NaOH = NaCl + H2O
Более наглядно эту реакцию можно записать несколько по-иному - с реально участвующими в ней ионами (такие уравнения называются ионными - подробнее о них будет рассказано в §10.4):

H+ + Cl- + Na+ + OH- = Cl- + Na+ + (HOH)

Если такой раствор выпарить, гидраты ионов Cl и Na+ разрушаются и образуется кристаллическая соль NaCl.

Соли получаются и в других реакциях. Однако теоретически любую соль можно получить в реакции между определенной кислотой и определенным основанием. Реакции между кислотами и основаниями называются реакциями нейтрализации. Они являются всего лишь разновидностью реакций обмена, однако из-за своей важности имеют собственное название, которое очень характерно. Действительно, "жгучая" кислота и "едкое" основание нейтрализуют друг друга. В результате получается нейтральный (не жгучий и не едкий) раствор соли в воде.

Взаимодействие уксусной кислоты с гидроксидом натрия. Видеоматериал из Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов. Постановка опытов и текст - к.п.н. Павел БеспаловРеакция обмена между кислотой и основанием, в результате которой образуется соль и вода, называется реакцией нейтрализации.

В опыте можно увидеть реакцию нейтрализации между уксусной кислотой и щелочью, в которую добавлен индикатор фенолфталеин (см. §8.5):

CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O

Первоначально раствор щелочи окрашен ("фенолфталеиновый в щелочах малиновый" - заучивают школьники и студенты). В результате реакции образуется соль (ацетат натрия) и вода. В момент, когда щелочь израсходована полностью, малиновая окраска раствора исчезает как по мановению волшебной палочки.

Реакции нейтрализации всегда протекают с выделением энергии, потому что ионы H+ из кислоты и ионы OH из основания соединяются в прочное соединение – воду.

Н+ + ОН = НО–Н + теплота

В быту солью называют обычно только поваренную соль NaCl. Однако и Ba(NO3)2, K2SO4, CH3COONa – тоже соли. Существует большое количество солей. Всех их объединяет общее свойство: соли состоят из атома (иона) металла (иногда иона аммония NH4+) и кислотного остатка. Более подробно о солях рассказывается в §8.7 и 8.8.

Задачи.

8.1. Напишите реакции следующих оксидов с водой: BaO, Li2O, SeO3, N2O3.

8.2. Какие соли образуются в реакциях нейтрализации:

KOH + HBr = ? + H2O

HF + LiOH = ? + H2O

2NaOH + H2SO4 = ? + 2H2O

8.3. Сколько граммов соли CaSO4 получится в реакции нейтрализации 7,4 г гидроксида кальция Ca(OH)2 избытком серной кислоты H2SO4 по уравнению:

Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 ↓ + 2H2O ?

8.4. Сколько граммов концентрированной серной кислоты необходимо взять для нейтрализации водного раствора, содержащего 4 г NaOH ?

8.5. Напишите уравнение реакции, происходящей при добавлении к оксиду кальция CaO водного раствора соляной кислоты HCl. Какая соль образуется в этой реакции?

_________________