Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:А ты хочешь знать химию. Учебно-справочное пособие для старшеклассников и абитуриентов
.pdf
Таблица 3
Кислоты
Кислоты Кислотные остатки
Кислородсодержащие кислоты
Азотная HNO
Серная H2SO
Сернистая H2SO
Угольная H2CO
Кремниевая H2SiO
Фосфорная H3PO
Соляная HCl Cl I хлорид
Фтороводородная HF F I фторид
Бромоводородная HBr Br I бромид
Иодоводородная HI I I иодид
Сероводородная H
(гидроксиды)
Названия Формулы
Бескислородные кислоты
Названия Формулы
S S II сульфид
2
Обозначение Валентность Название
3
4
3
3
3
4
NO
3
SO
4
SO
3
CO
3
SiO
3
PO
4
Обозначение Валентность Название
I нитрат
II сульфат
II сульфит
II карбонат
II силикат
III фосфат
Посмотрите на табл. 3. Кислот много и очень небольшая
часть кислот представлена в табл. 3. В левой части таблицы
представлена классификация неорганических кислот на основании разного состава кислот: первыми записаны кислоты, в
составе которых есть кислород, — их называют кислородсо-
держащие кислоты, а ниже записаны кислоты, в составе которых нет кислорода, — их называют бескислородные кис-
лоты.
В левой части таблицы даны формулы кислот, а в правой
части таблицы записаны соответствующие им кислотные
остатки и названия кислотных остатков.
Та часть молекулы кислоты, которая остаётся неизменной по составу и которая, соединяясь с металлом, образует с
ним новое вещество — соль, называется кислотным остатком. Можно дать и такое определение: Кислотный оста-
ток — это группа атомов, которая при химической реакции
переходит в другое вещество как единое целое.
41
Валентность кислотного остатка, как в кислородсодержащих кислотах, так и в бескислородных кислотах, определяется числом атомов водорода, способных замещаться и обмениваться на металл. Валентности кислотных остатков
приведены в правой части табл. 3.
В приведённых выше примерах уравнений химических
реакций в правой части уравнений записаны формулы солей:
хлорида меди CuCl
и хлорида магния MgCl2. В состав солей
2
входят металл и кислотные остатки, соединённые друг с
другом в соответствии с их валентностями.
Соль — это сложное вещество, в состав которого входят
металл и кислотные остатки, соединённые в соответствии с
их валентностями.
Сначала обратим внимание на кислотные остатки бескислородных кислот. Кислотные остатки этих кислот состоят из
одного атома, а другим видом атома является водород, следовательно, эти кислоты состоят из двух видов атомов. При замене водорода на металл образуются соли, которые также будут состоять из двух видов атомов: атома металла и соответствующего числа кислотных остатков, представленных всего
одним атомом, а поэтому название соли, а, следовательно, и
кислотного остатка будет образовано с помощью суффикса
«ид», который указывает на наличие двух элементов в составе вещества. Например, есть соль — хлорид натрия. Название соли «хлорид натрия» указывает на то, что вещество состоит из металла натрия и кислотного остатка, который называют «хлорид». (См. § 8.) Аналогично образуются названия
кислотных остатков других бескислородных кислот.
Что касается кислородсодержащих кислот, то обращаем
внимание на то, что названия самих кислот и их кислотных
остатков образованы от названия элемента, образующего кислоту (кислотообразующего элемента) и записанного в формуле кислоты между водородом, который в неорганических кислотах обычно записывают на первом месте, и кислородом, который в формулах кислородсодержащих неорганических
кислотах записывают на последнем месте. Так, азотная кислота в своём составе содержит азот, а азот имеет латинское название «nitrogenium» — «нитрогениум», поэтому в слове,
представляющим название кислотного остатка азотной кислоты, корнем слова является «нитр», а суффикс «ат» и в данном случае указывает на высшую из возможных валентностей
элемента.
42
Суффикс «н», и суффикс «в» в русском названии любой неорганической кислоты указывает на высшую из возможных валентностей
кислотообразующего элемента, а суффикс «ист» указывает на более низкую валентность кислотообразующего элемента в химической формуле вещества.
Рассмотрим кислоты, содержащие серу: серная кислота H
сернистая кислота H
на содержание серы в составе указанных кислот. Суффикс «н» в слове «серная» указывает на высшую валентность серы в данном соединении — VI, а суффикс «ист» в слове «сернистая» указывает на
более низкую валентность серы — IV, а с валентностью серы в кислотном остатке связано употребление суффиксов в названиях кислотных остатков. Так, слова, обозначающие названия кислотных
остатков серной, сернистой, сероводородной кислот, имеют корень
от латинского названия серы «sulphur» — «сульфур», а суффикс соответственно «ат» для высшей валентности серы и суффикс «ит»
для более низкой валентности серы в соответствующих кислотных
остатках. Следовательно, соли, содержащие в своём составе кислотный
остаток серной кислоты, — сульфаты, а соли, содержащие в своём
составе кислотный остаток сернистой кислоты — сульфиты. Напоминаем, что соли сероводородной кислоты — сульфиды, так как
они состоят только из двух элементов. (См. § 8.)
. Все русские названия кислот указывают
2SO3
2SO4
,
Аналогично образуются названия кислот и соответствующих им кислотных остатков других кислородсодержащих
кислот.
Названия кислот, формулы кислот, кислотные остатки и
их названия необходимо выучить наизусть, так как этот материал потребуется при дальнейшем изучении химии. Очень
важно помнить то, что каждая молекула неорганической кислоты содержит только один кислотный остаток.
Составление формул солей. Формула соли будет правильной, если общее число валентности атомов металла будет равно общему числу валентности кислотных остатков. Так, если
необходимо, например, составить формулу сульфата алюминия, поступают следующим образом:
1. Записывают название вещества в именительном паде-
же: сульфат алюминия.
2. Записывают химический знак указанного металла на
первом месте (в названии вещества название металла пишут
на втором месте), а кислотный остаток записывают на втором
месте (в названии соли название кислотного остатка пишут на
первом месте). Над химическим знаком металла и над кислотным остатком записывают их валентности.
43
Сульфат алюминия
III II
Al SO
4
3. Затем находят наименьшее кратное для чисел, обозна-
чающих валентности, т.е. в данном случае для III и II (см.
§ 10): 3
= 3 1; 2 =2 1; 2 1 3 = 6. Следовательно, 6 единиц
валентности должно приходиться на все атомы алюминия и
6 единиц валентности должно приходиться на все кислотные
остатки. Запись должна выглядеть следующим образом:
Сульфат алюминия
III II
Al SO
4
6 = 6
Один атом алюминия имеет 3 единицы валентности,
значит, чтобы было 6 единиц валентности в формуле должно
быть два атома, так как 6 : 3
= 2. Общее число единиц ва лент-
ности 6 делим на валентность одного атома алюминия. Цифру
два записывают как индекс: Al
. Один кислотный остаток SO
2
4
имеет 2 единицы валентности, а нужно, чтобы было 6 единиц
валентности. Чтобы узнать, сколько в формуле должно быть
записано кислотных остатков, нужно 6 разделить на валентность кислотного остатка, т. е. на два: 6 : 2
= 3. Чтобы пока-
зать, что элементы, составляющие кислотный остаток, представляют собой единое целое, кислотный остаток заключают
в скобки: (SO
ных остатка, за скобкой ставят индекс 3: (SO
). Чтобы показать, что в формуле три кислот-
4
. Теперь посмо-
4)3
трим, как это выглядит в записи формулы:
Сульфат алюминия
III II
Al2(SO4)
3
6 = 6
Читают формулу так: алюминий-два-эс-о-четыре трижды.
Вопросы и задания:
1. Что такое кислота?
2. Что такое кислотный остаток?
3. Что такое соль?
4. Укажите значение суффиксов «н», «в» и «ист» в названиях кис-
лот и суффиксов «ат» и «ит» в названиях кислотных остатков.
5. В каком случае формула соли будет считаться правильной?
6. Составьте формулы следующих солей: карбоната натрия, фосфа-
та калия, фторида алюминия, сульфата бария, сульфида алюми-
ния, силиката натрия, фосфата алюминия, сульфата железа(II),
сульфата железа(III), карбоната меди(II).
44
7. Определите валентность металла по формуле соли, зная валентность кислотного остатка, входящего в состав соли: CaCO
, K2SiO3.
K
3PO4
, Al2(SO 4)3,
3
§ 22. Общие химические свойства растворов кислот
Вспомним определение кислоты. Кислота — это сложное
вещество, в состав которого входят водород, способный заме-
щаться и обмениваться на металл, и кислотный остаток.
Обращаем внимание на выделенные курсивом слова в определении кислоты. Эти слова несут информацию о свойствах кислоты. Так, если водород в кислоте способен замещаться металлом — это значит, что кислота (сложное вещество) и металл (простое вещество) могут вступать в реакцию замещения
(см. § 15), и при этом должны получаться водород (простое вещество) и соль (сложное вещество). Было выяснено, что не все
металлы способны замещать водород в кислоте — это зависит
от химической активности металла. В результате многочисленных опытов составлен ряд металлов, который отражает
химическую активность металлов:
K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Au
В данном ряду металлы расположены по уменьшению их
химической активности.
Металлы, расположенные в этом ряду до водорода, вступают в реакцию с кислотами, замещая водород в молекулах кислот. Обращаем внимание, что с азотной кислотой HNO
лы взаимодействуют иначе. Металлы, расположенные в этом
ряду за водородом, не вступают в реакцию с кислотами, так
как они не способны заместить водород в молекулах кислот.
В определении кислоты выделены слова, которые сообщают, что в кислоте есть водород, способный обмениваться на
металл. Эту информацию мы должны понимать так, что кислота (сложное вещество) может вступать в реакцию обмена с
другим сложным веществом, которое в своём составе имеет
металл. К настоящему моменту мы уже знаем такие вещества:
оксиды металлов и соли.
45
метал-
3
Следовательно, растворы неорганических кислот вступа-
ют в реакцию:
1. С металлами, стоящими до водорода в ряду активности
металлов, например, с магнием.
Валентность магния в соединениях равна двум.
I I II I
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2 (реакция замещения)
магний соляная хлорид водород
кислота магния
2. С оксидами металлов
II II I I II I I II
CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O (реакция обмена)
оксид азотная нитрат вода
меди (II) кислота меди (II)
3. С солями
II I I II I I II II
BaCl2 + H2SO4 = 2HCl + BaSO4 (реакция обмена)
хлорид серная соляная сульфат
бария кислота кислота бария
4. С индикаторами.
Суть взаимодействия кислот с индикаторами заключается в
том, что индикатор под воздействием кислоты изменяет свою
окраску. Что же такое индикатор? Чтобы ответить на этот вопрос, сначала рассмотрим происхождение слова «индикатор».
Слово «индикатор» представляет собой запись русскими буквами английского слова «indicator». В английском языке суффиксы
«or» и «er» аналогичны суффиксу «ител» в русском языке и по
значению, и по способу образования существительного от глагола.
Суффикс «ител» — это суффикс существительного, образованного
от глагола и обозначающего лицо или предмет (а в химии —
вещество или элемент), которое само совершает действие,
выраженное глаголом, от которого и образуется существительное.
Например, есть глагол «указывать» и соответствующее ему
существительное «указатель». В английском языке есть глагол «to
indicate» — указывать и соответствующее ему существительное
«indicator».
Вопрос «Что такое индикатор?» требует определения этого
слова. Суффиксы, которые мы только что рассмотрели, дают
нам возможность найти родовое понятие для определения
этого понятия. Можно начать данное определение так:
«Индикатор — это вещество,…». Но можно начать это
определение и так: «Индикатор — это указатель,…». Но
веществ много и разного рода указателей много, а поэтому
далее в определительном придаточном предложении мы
46
должны назвать какие-то отличительные признаки, характерные для данного рода веществ. Возможный вариант ответа
может быть такой:
Индикатор — это вещество, которое, изменяя свою
окраску, указывает на присутствие другого вещества,
например, кислоты. Вы можете дать другой вариант ответа,
но важно, чтобы определение было составлено правильно, т. е. с
указанием родового понятия и видового отличия, которое
обычно дано в определительном придаточном предложении.
Обычно в лаборатории используют следующие индикаторы
для указания наличия кислот и щелочей (о которых узнаете
позже) в растворе: лакмус и метилоранж. Под воздействием
раствора любой кислоты фиолетовый лакмус становится
красным, оранжевый метилоранж тоже становится красным
в растворе кислоты.
Интересна история открытия индикаторов. Однажды английский химик Роберт Бойль, живший в XVII веке, изучая
свойства соляной кислоты, случайно пролил её. Кислота попала на сине-фиолетовые лепестки фиалок. Спустя некоторое
время лепестки стали ярко-красными. Это явление удивило
Р. Бойля и он тут же провёл ряд опытов с разными кислотами
и цветами разных растений. Оказалось, что и васильки, и
розы, и цветки некоторых других растений изменяли свою
окраску при действии кислот. Особенно интересным оказался
фиолетовый настой лакмусового лишайника. В растворах
кислот он становился красным, а в растворах щелочей — синим. После некоторых раздумий такие вещества Р. Бойль назвал индикаторами.
Вопросы и задания:
1. Какие вы знаете типы химических реакций? См. § 15.
2. В какие химические реакции (укажите тип химических реак-
ций) вступают кислоты?
3. Какие металлы вытесняют водород из кислоты и какие метал-
лы не могут вытеснить водород из кислоты?
4. Что такое индикатор? Приведите примеры индикаторов.
5. Укажите цвет лакмуса и метилоранжа в растворах кислот.
6. Напишите уравнения реакций, характеризующих общие свой-
ства кислот.
7. Напишите уравнения реакций взаимодействия: между азотной
кислотой и оксидом алюминия, между соляной кислотой и окси-
дом бария, между серной кислотой и цинком.
47
§ 23. Основания
К сложным веществам, в состав которых входят металлы,
относят основания. Кроме металлов в состав оснований входят
гидроксогруппы. Гидроксогруппа — это одновалентная
группа атомов, состоящая из атома водорода и атома
кислорода, что собственно видно из частей слова, являющимся
её названием: «гидр» от латинского названия водорода —
«гидрогениум» и «окс» от латинского названия кислорода —
«оксигениум». Записывают эту группу атомов так: –ОН.
Чёрточка слева от записи означает одну единицу валентности.
Если металл одновалентен, то на каждый атом металла в
формуле вещества будет записана одна гидроксогруппа,
например, NaOH. Гидроксогруппа, входящая в состав оснований, вступает в реакцию как единое целое (подобно кислотному остатку). Если металл двухвалентен, то на каждый атом
металла в формуле вещества будут записаны две гидроксогруппы, например, Ca(OH)
Основание — это сложное вещество, в состав которого
входит металл, соединённый с одной или несколькими гидроксогруппами в зависимости от валентности металла.
Основания относят к более общей группе веществ — гидроксидам. Основания называют гидроксидами металлов.
Названия оснований образуют из слова «гидроксид» и названия металла, входящего в состав, основания:
и т. д.
2
Гидроксид натрия Гидроксид бария Гидроксид алюминия
I I II I III I
NaOH Ba(OH)2 Al(OH)
В слове «гидроксид» использован суффикс «ид», указывающий
на то, что вещество состоит из двух составляющих: металла и гидроксогруппы, которая, как было сказано выше, выступает в основаниях
как единое целое.
3
Если металл проявляет переменную валентность, то рядом
с названием в скобках записывают валентность металла,
например, гидроксид меди(I) CuOH и гидроксид меди(II)
Cu(OH)
.
2
Основания делят на две группы: нерастворимые основания и растворимые в воде основания (щёлочи).
Щёлочи — это основания, которые растворяются в воде.
На присутствие щёлочи в растворе укажут индикаторы, изменяя свою окраску под воздействием щелочей: фиолетовый
лакмус становится синим, оранжевый метилоранж — жёл-
48
тым, а бесцветный фенолфталеин становится малиновым
(табл. 4).
Примеры щелочей: гидроксид натрия NaOH, гидроксид
калия KOH, гидроксид бария Ba(OH)
.
2
Примеры нерастворимых оснований: гидроксид меди (II)
Cu(OH)
Cr(OH)
, гидроксид железа(II) Fe(OH)2, гидроксид хрома (II)
2
.
2
Таблица 4
Цвет индикаторов в разных растворах
Индикатор
Лакмус Красный Синий Фиолетовый
Метилоранж Красный Жёлтый Оранжевый
Фенолфталеин Бесцветный Малиновый Бесцветный
кислый щелочной нейтральный
Растворы
Вопросы и задания:
1. Что такое гидроксогруппа? Какова её валентность?
2. Что такое основание?
3. Что такое щёлочи?
4. Приведите примеры нерастворимых оснований и щелочей.
5. Укажите цвет индикаторов в растворах щелочей.
49
Глава 4
Понятие «гидроксид».
Гидроксиды и соответствующие им оксиды
§ 24. Гидроксиды. Классификация гидроксидов
Гидроксиды — это неорганические вещества, которые
содержат в своём составе гидроксогруппы.
На основании состава и свойств гидроксиды делят на три
группы: основания, амфотерные гидроксиды и кислородсо-
держащие кислоты. Амфотерные гидроксиды будут рассмотрены несколько позже. А сейчас сравним строение оснований и кислородсодержащих кислот. Строение этих веществ
покажем, используя структурные формулы веществ. Струк-
турные формулы — формулы веществ, которые показывают
порядок соединения атомов в молекулах веществ. Чёрточки в
структурных формулах означают валентности элементов.
основание кислородсодержащая кислота
гидроксид кальция серная кислота
O–H H–O O
Сa S
О–Н H–O O
Сравнивая формулы гидроксида кальция и серной кислоты, отмечаем, что в составе этих веществ содержатся гидроксогруппы — поэтому эти вещества относят к гидроксидам.
Но гидроксогруппа в основаниях, как в нашем примере, в ги-
дроксиде кальция соединена непосредственно с металлом, а
гидроксогруппа в кислородсодержащих кислотах, как например в серной кислоте, соединена непосредственно с неметал-
лом, химический знак которого записан в середине формулы
кислоты — в нашем примере — с серой. В зависимости от
того с каким элементом (металлом или неметаллом) соединена гидроксогруппа проявляются по-разному и свойства этой
группы атомов в веществах, вступающих в химические реакции. Как уже отмечалось выше гидроксогруппа оснований в
химических реакциях выступает как единое целое — прояв-
ление основных свойств, а водород в гидроксогруппе кислоты
может замещаться или обмениваться на металл, в то же время
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]