|
Введение в органическую химию
|
В категории материалов: 11
Показано материалов: 1-10 |
Страницы: 1 2 » |
Сортировать по:
Дате ·
Названию ·
Рейтингу ·
Комментариям ·
Просмотрам
Кислотные оксиды – это оксиды, которым в качестве гидроксидов соответствуют кислоты. Кислотные оксиды образуют все неметаллы любой степени окисления (исключение – несолеобразующие оксиды CO, NO, N2O, SiO) и металлы в степени окисления +5 и выше. SO3 ⇒ H2SO4 Кислотные оксиды взаимодействуют: 1. С основаниями, образуя соль и воду: Кислотный оксид + Основание = Соль + Вода.
Слова "кислота" и "кислый" не зря имеют общий корень. Растворы всех кислот на вкус кислые. Это не означает, что раствор любой кислоты можно пробовать на язык – среди них встречаются очень едкие и даже ядовитые. Но такие кислоты как уксусная (содержится в столовом уксусе), яблочная, лимонная, аскорбиновая (витамин С), щавелевая и некоторые другие (эти кислоты содержатся в растениях) знакомы вам именно своим кислым вкусом. В этом параграфе мы рассмотрим только важнейшие неорганические кислоты, то есть такие, которые не синтезируются живыми организмами, но играют большую роль в химии и химической промышленности. Все кислоты, независимо от их происхождения, объединяет общее свойство – они содержат реакционноспособные атомы водорода. В связи с этим кислотам можно дать следующее определение: Кислота – это сложное вещество, в молекуле которого имеется один или несколько атомов водорода и кислотный остаток.
Массовая доля растворенного вещества – это отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора: m(вещества) w (вещества) = —————— m(раствора) Массовую долю можно выражать и в процентах: m(вещества) w (вещества) = —————— · 100%. m(раствора)
Одним из общих свойств кислот является их кислый вкус. Рассмотрим другие общие свойства кислот. Известно, что при добавлении в крепкий чай лимона цвет чая становится светлее. Так воздействует на чай лимонная кислота. Кислоты способны изменять окраску некоторых красящих веществ. С помощью этого свойства можно отличить кислоты от других веществ. Вещества, изменяющие свой цвет под действием других веществ, называют индикаторами. Химики для идентификации кислот обычно используют следующие индикаторы: лакмус (в нейтральной среде – фиолетовый), метилоранж (в нейтральной среде – оранжевый). При добавлении к раствору соляной кислоты лакмус становится красным. Метилоранж в кислоте также краснеет. Способность изменять окраску индикаторов является общим свойством кислот.
Некоторые металлы вытесняют водород из кислот. Такие реакции относятся к реакциям замещения. ОПЫТ. Поместим в пробирки гранулы цинка, железную скрепку и кусок медной проволоки.
Если вещество содержит гидроксид-группы (ОН), которые могут отщепляться (подобно отдельному "атому") в реакциях с другими веществами, то такое вещество является основанием. Существует много оснований, которые состоят из атома какого-либо металла и присоединенных к нему гидроксид-групп. Например: NaOH – гидроксид натрия, KOH – гидроксид калия, Ca(OH)2 – гидроксид кальция, Fe(OH)3 – гидроксид железа (III), Ba(OH)2 – гидроксид бария. Гидрокси-группы одновалентны, поэтому формулу основания легко составить по валентности металла. К химическому символу металла надо приписать столько гидрокси-групп, какова валентность металла. Большинство оснований – ионные соединения. Основаниями называются вещества, в которых атомы металла связаны с гидрокси-группами. Существует также основание, в котором гидрокси-группа присоединена не к металлу, а к иону NH4+ (катиону аммония). Это основание называется гидроксидом аммония и имеет формулу NH4OH. Гидроксид аммония образуется в рекции присоединения воды к аммиаку, когда аммиак растворяют в воде: NH3 + H2O = NH4OH (гидроксид аммония). Основания бывают растворимыми и нерастворимыми. Растворимые основания называются щелочами. Растворы щелочей скользкие на ощупь ("мыльные") и довольно едкие. Они разъедают кожу, ткани, бумагу, очень опасны (как и кислоты) при попадании в глаза. Поэтому при работе со щелочами и кислотами необходимо пользоваться защитными очками. Если раствор щелочи все-таки попал в лицо, необходимо промыть глаза большим количеством воды, а затем разбавленным раствором слабой кислоты (например, уксусной). Этот способ медицинской помощи основан на уже известной нам реакции нейтрализации. NaOH + уксусная кислота (разб.) = соль + вода
Лишь небольшую часть всех оснований называют щелочами. Это, например, KOH – гидроксид калия (едкое кали), NaOH – гидроксид натрия (едкий натр), LiOH – гидроксид лития, Ca(OH)2 – гидроксид кальция (его раствор называется известковой водой), Ba(OH)2 – гидроксид бария. Большинство других оснований в воде нерастворимы и щелочами их не называют.
Основные оксиды образуются только металлами. Некоторые из них легко реагируют с водой, давая соответствующее основание: Li2O + H2O = 2 LiOH (основание – гидроксид лития). Еще один пример – хорошо известная нам реакция получения гашеной извести из оксида кальция и воды. CaO + H2O = Ca(OH)2 (основание – гидроксид кальция). Существует, однако большое количество нерастворимых основных оксидов. Их относят именно к основным оксидам благодаря реакциям скислотами: ZnO + H2O = реакция не идет (ZnO не растворим в воде); ZnO + 2 HCl = ZnCl2 (соль) + H2O
Благодаря неравномерному распределению электрического заряда в молекулах, т.е. наличию у них отрицательных и положительных "полюсов" (если говорить более строго - дипольного момента), даже нейтральные в целом молекулы притягиваются друг к другу. Сила этого притяжения зависит от степени локализации заряда и определяет способность жидкостей растворять различные вещества. Как правило, полярные молекулы достаточно сильно притягиваются друг к другу; именно поэтому спирт и вода легко смешиваются. Взаимное притяжение неполярных молекул гораздо слабее. Примерами неполярных соединений служат тетрахлорид углерода CCl4 и углеводороды, например бензол.
Растворимость. Растворение начинается с того, что молекулы растворителя "прокладывают себе путь" между молекулами растворяемого вещества. Это может происходить только в том случае, если силы притяжения между молекулами растворителя, с одной стороны, и растворителя и растворяемого вещества - с другой, примерно одинаковы. Отсюда следует правило растворимости: подобное растворяется в подобном (имеется в виду "подобное" по полярности). Вода и бензин не смешиваются, поскольку полярные молекулы воды сильно притягиваются друг к другу и молекулы углеводорода не могут проникнуть между ними. В то же время бензин легко смешивается с тетрахлоридом углерода, причем и тот, и другой служат хорошими растворителями для многих нерастворимых в воде неполярных веществ, таких, как жиры или парафины. Вода, в свою очередь, растворяет большинство ионных веществ, например поваренную соль или питьевую соду (гидрокарбонат натрия NaHCO3), а также полярные неионные соединения, такие, как спирт, сахар (молекула которого содержит множество ОН-групп), крахмал и витамин С. Ни одно из этих веществ не растворяется ни в бензине, ни в других углеводородах. При растворении ионных соединений в воде или других полярных растворителях ионы "вытягиваются" из кристаллической решетки силами притяжения молекул растворителя:
Кислота и щелочь в растворе обмениваются ионами и взаимно нейтрализуют друг друга. В стакане раствор щелочи - гидроксида натрия. Индикатор фенолфталеин поможет следить за ходом реакции – добавим его к раствору гидроксида натрия. В щелочной среде фенолфталеин ‑ малиновый. Приливаем разбавленную соляную кислоту. Фенолфталеин обесцветился - среда стала нейтральной. Кислота содержат катионы водорода, а щелочь – гидроксид-ионы, которые объединяются в нейтральную малодиссоциированную молекулу воды. NaOH + HCl = NaCl + H2O В стакане образовался водный раствор поваренной соли - реакция нейтрализации завершилась. Оборудование: химический стакан. Техника безопасности. Следует соблюдать правила работы с растворами кислот и щелочей. Избегать попадания кислот и щелочей на кожу и слизистые оболочки. Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов. Посмотреть опыт
Реакция обмена между оксидом меди (II) и серной кислотой (Практическая работа)  Типичный пример реакции обмена – реакция между оксидами металлов и кислотами. Продукт таких реакций – соли и вода. На кончике ложки - черный порошок оксида двухвалентной меди CuO.
Добавляем немного разбавленной серной кислоты H2SO4. Реакция начинается только тогда, когда пробирка с реагентами нагревается. CuO + H2SO4= CuSO4 + H2O Реакция обмена между оксидом меди и серной кислотой проходит с образованием соли – сульфата меди и воды. Сульфат меди окрашивает раствор в голубой цвет. Растворимые соединения меди ядовиты. Но в микроскопических количествах медь необходима для нормального развития растений и животных, так как она стимулирует внутриклеточные химические процессы. Оборудование: пробирка, штатив для пробирок, спиртовка, держатель. Техника безопасности. Следует соблюдать правила обращения с нагревательными приборами и правила обращения с кислотами, а также избегать попадания солей меди на кожу и слизистые оболочки. Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов. Посмотреть опыт
Рассмотрим важнейшие способы получения солей. 1. Реакция нейтрализации. Этот способ уже неоднократно встречался в предыдущих параграфах. Растворы кислоты и основания смешивают (осторожно!) в нужном мольном соотношении. После выпаривания воды получают кристаллическую соль. Например: H2SO4 | + | 2 KOH | = | K2SO4 | + | 2 H2O | | | | | | сульфат калия | | |
 2. Реакция кислот с основными оксидами. Этот способ получения солей упоминался в параграфе 8-3. Фактически, это вариант реакции нейтрализации. Например:
H2SO4 | + | CuO | = | CuSO4 | + | H2O | | | | | | сульфат меди | | |
3. Реакция оснований с кислотными оксидами (см. параграф 8.2). Это также вариант реакции нейтрализации: Ca(OH)2 | + | CO2 | = | CaCO3↓ | + | H2O | | | | | | карбонат кальция | | |
Если пропускать в раствор избыток СО2, то получается избыток угольной кислоты и нерастворимый карбонат кальция превращается в растворимую кислую соль – гидрокарбонат кальция Са(НСО3)2: СаСО3 + Н2СО3 = Са(НСО3)2 (раствор)
|
|
