Действие соляной кислоты на лакмус. Кислоты и основания; индикаторы

Главная

Краткие содержания

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОТ С МЕТАЛЛАМИ, ОКСИДАМИ МЕТАЛЛОВ, ОСНОВАНИЯМИ И СОЛЯМИ.

Теоретическая часть

Кислотами называются сложные вещества, в состав молекул которых входят атомы водорода, способные замещаться или обмениваться на атомы металла и кислотный остаток.

Рассмотрим важнейшие химические свойства кислот.

1. Действие растворов кислот на индикаторы . Практически все кислоты (кроме кремниевой) хорошо растворимы в воде. Растворы кислот в воде изменяют окраску специальных веществ – индикаторов . По окраске индикаторов определяют присутствие кислоты. Индикатор лакмус окрашивается растворами кислот в красный цвет, индикатор метиловый оранжевый – тоже в красный цвет.

2. Взаимодействие кислот с основаниями . Эта реакция, как вы уже знаете, называется реакцией нейтрализации. Кислота реагируют с основанием с образованием соли, в которой всегда в неизменном виде обнаруживается кислотный остаток. Вторым продуктом реакции нейтрализации обязательно является вода. Например:

Для реакций нейтрализации достаточно, чтобы хотя бы одно из реагирующих веществ было растворимо в воде. Поскольку практически все кислоты растворимы в воде, они вступают в реакции нейтрализации не только с растворимыми, но и с нерастворимыми основаниями. Исключением является кремниевая кислота, которая плохо растворима в воде и поэтому может реагировать только с растворимыми основаниями – такими как NaOH и KOH:

H 2 SiO 3 + 2 NaOH = Na 2 SiO 3 + 2H 2 O

3. Взаимодействие кислот с основными оксидами . Поскольку основные оксиды – ближайшие родственники оснований – с ними кислоты также вступают в реакции нейтрализации:

Как и в случае реакций с основаниями, с основными оксидами кислоты образуют соль и воду. Соль содержит кислотный остаток той кислоты, которая использовалась в реакции нейтрализации.

4. Взаимодействие кислот с металлами . Это взаимодействие происходит при соблюдении ряда условий:

Во-первых, металл должен быть достаточно активным (реакционноспособным) по отношению к кислотам. Например, золото, серебро, медь, ртуть и некоторые другие металлы с выделением водорода с кислотами не реагируют. Такие металлы как натрий, кальций, цинк – напротив – реагируют очень активно с выделением газообразного водорода и большого количества тепла.

По реакционной способности в отношении кислот все металлы располагаются в ряд активности металлов (табл.1). Слева находятся наиболее активные металлы, справа – неактивные. Чем левее находится металл в ряду активности, тем интенсивнее он взаимодействует с кислотами.

Табл.1. Ряд активности металлов.

Во-вторых, кислота должна быть достаточно сильной , чтобы реагировать даже с металлом из левой части таблицы 1. Под силой кислоты понимают ее способность отдавать ионы водорода H + .

Например, кислоты растений (яблочная, лимонная, щавелевая и т.д.) являются слабыми кислотами и очень медленно реагируют с такими металлами как цинк, хром, железо, никель, олово, свинец (хотя с основаниями и оксидами металлов они способны реагировать).

С другой стороны, такие сильные кислоты как серная или соляная (хлороводородная) способны реагировать со всеми металлами из левой части таблицы.

В связи с этим существует еще одна классификация кислот – по силе. В таблице 2 в каждой из колонок сила кислот уменьшается сверху вниз.

Таблица 2. Классификация кислот на сильные и слабые кислоты.

Следует помнить, что в реакциях кислот с металлами есть одно важное исключение. При взаимодействии металлов с азотной кислотой водород не выделяется. Это связано с тем, что азотная кислота содержит в своей молекуле сильный окислитель – азот в степени окисления +5. Поэтому с металлами в первую очередь реагирует более активный окислитель N +5 , а не H + , как в других кислотах. Выделяющийся все же в каком-то количестве водород немедленно окисляется и не выделяется в виде газа. Это же наблюдается и для реакций концентрированной серной кислоты , в молекуле которой сера S +6 также выступает в роли главного окислителя. Состав продуктов в этих окислительно-восстановительных реакциях зависит от многих факторов: активности металла, концентрации кислоты, температуры. Например:

Cu + 4 HNO 3 (конц.) =Cu(NO 3) 2 + 2 NO 2 + 2 H 2 O

3 Cu + 8HNO 3 (разб.) = 3 Cu(NO 3) 2 + 2 NO + 4 H 2 O

8 K + 5 H 2 SO 4 (конц.) = 4 K 2 SO 4 + H 2 S + 4 H 2 O

3 Zn + 4 H 2 SO 4 (конц.) = 3 ZnSO 4 + S + 4 H 2 O

Есть металлы, которые реагируют с разбавленными кислотами, но не реагирует с концентрированными (т.е. безводными ) кислотами – серной кислотой и азотной кислотой.

Эти металлы – Al, Fe, Cr, Ni и некоторые другие – при контакте с безводными кислотами сразу же покрываются продуктами окисления (пассивируются). Продукты окисления, образующие прочные пленки, могут растворяться в водных растворах кислот, но нерастворимы в кислотах концентрированных.

Это обстоятельство используют в промышленности. Например, концентрированную серную кислоту хранят и перевозят в железных бочках.

5.Взаимодействие кислот с солями . Кислоты взаимодействуют с солями, если в результате реакции образуется осадок или газ. Например:

H 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 ↓ + 2HCl

Na 2 CO 3 + 2HNO 3 = 2NaNO 3 + H 2 O + CO 2

Экспериментальная часть

ЦЕЛЬ РАБОТЫ : экспериментально осуществить реакции, характеризующие химические свойства кислот.

ОБОРУДОВАНИЕ И РЕАКТИВЫ: штатив с пробирками, спиртовка, пробиркодержатель, стеклянная лопаточка, фенолфталеин, метиловый оранжевый, универсальная индикаторная бумага, раствор соляной кислоты, стружки магния, алюминий, цинк, медь, оксид меди (II), гидроксид калия, нитрат серебра, карбонат натрия.

ОПЫТ 1. ИСПЫТАНИЕ РАСТВОРОВ КИСЛОТ ИНДИКАТОРАМИ.

К 6-7 каплям раствора кислоты прилейте 2-3 капли индикатора метилового оранжевого. Как изменился цвет? Испытайте раствор кислоты другими индикаторами. Заполните таблицу, которая предлагается ниже.

ОПЫТ 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОТ С МЕТАЛЛАМИ.

В пробирки положите разные металлы: в 1-ую пробирку - Mg, во 2 –ую - Al, в 3-ю - Zn, в 4-ую - Cu. Во все пробирки налейте по 1 мл раствора соляной кислоты. Что наблюдаете? Сделайте общий вывод об отношении кислот к металлам. Составьте уравнения протекающих реакций.

ОПЫТ 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОТ С ОКСИДАМИ МЕТАЛЛОВ.

На дно сухой пробирки поместите с помощью стеклянной лопаточки немного порошка CuO и прилейте 5 капель соляной кислоты. Содержимое пробирки взболтайте. Какого цвета образуется раствор? Если реакция не наблюдается, слегка нагрейте пробирку. Составьте уравнение проделанной реакции.

ОПЫТ 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОТ С ОСНОВАНИЯМИ.

В пробирку внесите 5 капель гидроксида калия и каплю фенолфталеина. Какого цвета получился раствор? Прибавьте несколько капель соляной кислоты до обесцвечивания. Содержимое пробирки осторожно взболтайте. Объясните, почему исчезает окраска раствора. После исчезновения малиновой окраски потрогайте пробирку, где находится раствор, рукой. Какой можно сделать вывод: реакция нейтрализации происходит с поглощением или с выделением тепла. Составьте уравнение проделанной реакции.

ОПЫТ 5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КИСЛОТ С СОЛЯМИ.

В одну пробирку налейте 3-4 мл раствора нитрата серебра, в другую – карбоната натрия. В каждую из них добавьте столько же соляной кислоты. Встряхните содержимое пробирок. Что наблюдаете? Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций.

Задания.

1. Дайте определение кислотам исходя из их состава.

2. Дайте определения кислотам с точки зрения теории электролитической

диссоциации.

3. Даны растворы двух веществ. Как можно практически доказать, что одно из них является раствором кислоты.

4. Какой из металлов, взятый для опытов, не реагирует с раствором соляной кислоты? Какие еще металлы не реагируют с этой кислотой?

5. К какому типу реакций относится взаимодействие кислоты с металлами?

6. Произойдет ли реакция нейтрализации, если прилить не кислоту к щелочи, а, наоборот, щелочь к кислоте?

7. К какому типу реакции нужно отнести реакцию нейтрализации?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Индикаторы представляют собой вещества сложного строения. В растворах оснований и в нейтральных растворах они имеют иную окраску , чем в растворах кислот. Об индикаторах мы более подробно расскажем в следующем параграфе на примере их реакций с основаниями.

кислота		основание		соль		вода
H 2 SO 4	+	Ca(OH) 2	=	CaSO 4	+	2 H 2 O
H 3 PO 4	+	Fe(OH) 3	=	FePO 4	+	3 H 2 O
2 H 3 PO 4	+	3 Ca(OH) 2	=	Ca 3 (PO 4) 2	+	6 H 2 O

Для реакций нейтрализации достаточно, чтобы хотя бы одно из реагирующих веществ было растворимо в воде. Поскольку практически все кислоты растворимы в воде , они вступают в реакции нейтрализации не только с растворимыми, но и с нерастворимыми основаниями. Исключением является кремниевая кислота, которая плохо растворима в воде и поэтому может реагировать только с растворимыми основаниями – такими как NaOH и KOH:

H 2 SiO 3 + 2 NaOH = Na 2 SiO 3 + 2H 2 O

кислота		оксид		соль		вода
2 HCl	+	CaO	=	CaCl 2	+	H 2 O
2 H 3 PO 4	+	Fe 2 O 3	=	2 FePO 4	+	3 H 2 O

Как и в случае реакций с основаниями , с основными оксидами кислоты образуют соль и воду. Соль содержит кислотный остаток той кислоты, которая использовалась в реакции нейтрализации.

Например, фосфорную кислоту используют для очистки железа от ржавчины (оксидов железа). Фосфорная кислота, убирая с поверхности металла его оксид, с самим железом реагирует очень медленно. Оксид железа превращается в растворимую соль FePO 4 , которую смывают водой вместе с остатками кислоты.

4. Взаимодействие кислот с металлами . Как мы видим из предыдущего примера , для взаимодействия кислот с металлом должны выполняться некоторые условия (в отличие от реакций кислот с основаниями и основными оксидами, которые идут практически всегда).

кислота		металл		соль
HCl	+	Hg	=	не образуется
2 HCl		2 Na	=	2 NaCl	+	H 2
H 2 SO 4	+	Zn	=	ZnSO 4	+	H 2

По реакционной способности в отношении кислот все металлы располагаются в ряд активности металлов (табл. 8-3). Слева находятся наиболее активные металлы, справа – неактивные. Чем левее находится металл в ряду активности , тем интенсивнее он взаимодействует с кислотами.

Табл. 8-3. Ряд активности металлов.

Во-вторых, кислота должна быть достаточно сильной , чтобы реагировать даже с металлом из левой части табл. 8-3. Под силой кислоты понимают ее способность отдавать ионы водорода H + .

С другой стороны, такие сильные кислоты как серная или соляная (хлороводородная) способны реагировать со всеми металлами из левой части табл. 8-3.

В связи с этим существует еще одна классификация кислот – по силе. В таблице 8-4 в каждой из колонок сила кислот уменьшается сверху вниз.

Таблица 8-4. Классификация кислот на сильные и слабые кислоты.

** Следует помнить, что в реакциях кислот с металлами есть одно важное исключение. При взаимодействии металлов с азотной кислотой водород не выделяется. Это связано с тем, что азотная кислота содержит в своей молекуле сильный окислитель – азот в степени окисления +5. Поэтому с металлами в первую очередь реагирует более активный окислитель N +5 , а не H + , как в других кислотах. Выделяющийся все же в каком-то количестве водород немедленно окисляется и не выделяется в виде газа. Это же наблюдается и для реакций концентрированной серной кислоты , в молекуле которой сера S +6 также выступает в роли главного окислителя. Состав продуктов в этих окислительно-восстановительных реакциях зависит от многих факторов: активности металла, концентрации кислоты, температуры. Например:

Cu + 4 HNO 3 (конц.) =Cu(NO 3 ) 2 + 2 NO 2 + 2 H 2 O

3 Cu + 8HNO 3 (разб.) = 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2 NO + 4 H 2 O

8 K + 5 H 2 SO 4 (конц .) = 4 K 2 SO 4 + H 2 S + 4 H 2 O

3 Zn + 4 H 2 SO 4 (конц .) = 3 ZnSO 4 + S + 4 H 2 O

Эти металлы – Al, Fe, Cr, Ni и некоторые другие – при контакте с безводными кислотами сразу же покрываются продуктами окисления (пассивируются).

Концентрированная серная кислота может окислять неметаллы, например:

S + 2H 2 SO 4 = 3SO 2 + 2H 2 O

Окислительные свойства концентрированной серной кислоты могут проявляться в реакциях с некоторыми сложными веществами - восстановителями, например:

2KBr+2H 2 SO 4 = Br 2 + SO 2 + K 2 SO 4 +2H 2 O

Взаимодействия с основными оксидами и основаниями

Серная кислота проявляет все типичные свойства кислот. Так, она реагирует с основными амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием солей. Как двухосновная кислота H 2 SO 4 образует два типа солей: средние соли - сульфаты и кислые соли - гидросульфаты. Примеры реакций:

Al 2 O 3 +3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 +3Н 2 О

КОН + Н 2 SO 4 = KHSO 4 + H 2 O

Взаимодействие с солями

С некоторыми солями серная кислота вступает в реакции обмена, например:

ВаСl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HCl

Эта реакция является качественной на серную кислоту и ее соли: об их присутствии в растворе судят по образованию белого осадка ВаSO 4 .

Благодаря способности связывать воду, серная кислота является хорошим осушителем.

Многие органические вещества, содержащие водород и кислород (бумага, древесина, ткани, сахара), при действии серной кислоты обугливаются в результате связывания кислотой воды. Например: процесс обугливания сахара С 12 Н 22 О 11 можно описать следующим уравнением:

nC 12 H 22 O 11 + H 2 SO 4 = 12nC

Опыты

Мы решили в свою работу включить как опыты, которые проводятся в школьной программе, так и те, которые не вошли в курс по химии.

Действие серной кислоты на индикаторы.

Индикаторы реагируют на серную кислоту также, как и на другие кислоты. Мы рассмотрели наиболее часто встречающиеся: лакмус, метиловый оранжевый и универсальный индикатор.

Методика исполнения:

В трех пробирках налита серная кислота. Поочередно в одну из них мы наливаем лакмус, в другую метил оранж, третью аккуратно наклоняем и добиваемся соприкосновения кислоты и полоски индикатора.

Эффект:

Все три индикатора окрасятся в красный цвет.

Меры предосторожности:

Серная кислота довольно едкая, следует избегать попадания на кожу.

Качественная реакция на сульфат-ион.

ВаСl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl

Взаимодействие раствора хлорида бария на серную кислоту.

Методика исполнения:

В пробирке налита серная кислота. В нее по стенке наливается бесцветный раствор хлорида бария. Для лучшего эффекта после взаимодействия реагентов пробирку можно встряхнуть.

Эффект:

После взаимодействия двух реагентов сразу же образуется белый нерастворимый осадок сульфата бария. Изначально он находится во взвешенном состоянии, но постепенно BaSO 4 оседает.

Меры предосторожности:

Не следует нюхать содержимое пробирки, пары соляной кислоты довольно едкие.

Дегидратирующие свойства концентрированной серной кислоты.

Взаимодействие глюкозы и концентрированной серной кислоты.

Методика исполнения:

В емкости, желательно широкой, находится сахар, измельченный в пудру. В него наливается серная кислота. Стеклянной палочкой смесь помешивается до тех пор, пока смесь не потемнеет.

Эффект:

Начнется бурная реакция, в ходе которой образуется черная пористая масса, состоящая из чистого углерода, выделится диоксид серы.

Меры предосторожности:

Следует осторожно работать с концентрированной серной кислотой, избегать попадания на кожу и другие незащищенные части тела. Также, если реакция пойдет по второму пути, есть вероятность обжечься об пробирку. Опыт следует проводить в вентилируемом помещении, поскольку диоксид серы ядовит.

Денатурация яичного белка.

Действие концентрированной серной кислоты на белок (молекулы протеина)

Методика исполнения:

Отделить белок одного куриного яйца и поместить его в стакан. Яичный белок в основном представляет собой раствор протеинов в воде, это бесцветная вязкая жидкость. Добавить к яйцу раствор серной кислоты и перемешать.

Эффект:

Жидкость превратится в белую творожистую массу, похожую на скисшее молоко. Под действием кислоты белок денатурирует и выпадает в осадок, который по консистенции соответствует плавленому сырку или сваренному вкрутую яйцу.

Меры предосторожности:

Следует осторожно обращаться с серной кислотой. После процесса денатурации и емкости может остаться кислота, поэтому нужно избежать контакта с продуктами реакции.

Заключение

Итак, можно с уверенностью сказать, что цели, поставленные в начале работы, мы выполнили. Мы нашли безопасные опыты, которые учащиеся смогут проводить самостоятельно. Тот факт, что эксперименты зрелищные немало важен, так как они заостряют внимание учеников на предмете. Все формулы, свойства намного лучше запоминаются. Да и факт того, что ученик сам выполнил настолько интересный и сложный опыт оставляет неизгладимое впечатление. Также мы составили некий практикум по приведенным опытам, и о свойствах концентрированной серной кислоты, в частности. Мы провели систематизацию опытов, объяснили тонкости их проведения, рассказали о всех возможных результатах, о мерах предосторожности. Несомненно, мы надеемся, что наша работа будет принята во внимание и эксперименты, описанные нами будут введены в гимназический курс по химии.

4. Список литературы:

Г.М. Чернобельская «Методика обучения химии в средней школе»

О. В. Ольгин «Опыты без взрывов»

Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия 8 класс»

http://sev-chem.narod.ru

http://kvaziplazmoid.narod.ru

http://chemistry-chemists.com

В химии есть целый ряд веществ, об-ладающих способностью менять свою окраску в присутствии кислот и щелочей (щелочь — хорошо растворимое в воде основание). Эти вещества называются индикаторами и применяются для опре-деления реакционной среды. Среда мо-жет быть кислой, щелочной и нейтраль-ной.

Этими веществами пропитывают бу-магу.

Существует много видов различных индикаторных бумаг.

В нашем наборе имеются следующие: лакмусовая нейтральная (окрашена в сиреневый цвет), лакмусовая синяя и лакмусовая красная, фенолфталеиновая, метиловая оранжевая, конго.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОТ

Поставим в штатив две пробирки. Нальем в одну из них немного 10% раствора соляной кислоты, а в другую — такое же количество уксусной. (Для этого используйте имеющийся в домашнем хозяйстве столовый уксус, ко-торый представляет 9% раствор уксус-ной кислоты).

В каждую пробирку опустим по поло-вине нейтральной лакмусовой бумажки (она имеет фиолетовый цвет). В про-бирке с соляной кислотой бумажка из-менила свой цвет на красный, а с уксус-ной на розовый.

Существуют другие кислоты, в кото-рых фиолетовая бумажка меняет свой цвет на красный. Это серная кислота, азотная и др. Эти кислоты называются сильными кислотами. А такие кислоты, как уксусная, лимонная, винная и др., относящиеся, главным образом, к большому классу химических веществ — ор-ганических, называются слабыми.

Следовательно, с помощью индикатор-ной бумажки (не только лакмусовой) можно определить сильную и слабую кислоту, если они имеют раствор при-мерно одинаковой концентрации.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ

В нашем наборе есть кристаллический едкий натр (гидроокись натрия) — это очень ценное основание, широко исполь-зующееся и в лабораториях и в промыш-ленности.

Прежде всего, приготовим раствор этого основания. К кристаллам едкого натра прильем воды (полный флакон), закроем его пробкой и тщательно взбол-таем. Мы видим, что едкий натр очень хорошо растворим в воде. Все основания называются гидроксадами. Они могут быть растворимы в воде и не растворимы.

Растворимые в воде основания, как уже вам известно, называются щело-чами. К щелочам относится известковая вода и нашатырный спирт, который не-правильно назван «спиртом». Это его бытовое название. Правильно это веще-ство называется раствор аммиака (гидроксид аммония).

Испытаем нейтральной лакмусовой бу-мажкой растворы перечисленных выше веществ: гидроксид натрия, гидроксид кальция (известковой воды), гидроксида аммония, налив растворы этих веществ в пробирки и опустив в них по полоске фиолетовой лакмусовой бумажки.

Во всех пробирках фиолетовая бу-мажка изменила свой цвет на синий.

Следовательно, нейтральный лакмус в щелочной среде становится синим. При работе со щелочами соблюдайте осто-рожность.

Не случайно они названы едкими (ед-кий натр, едкий калий).

Не забывайте, от щелочей надо оберегать глаза и руки, они оставляют на столе несмываемые пятна, портят краску.

ИССЛЕДУЕМ ДРУГИЕ ИНДИКАТОРЫ

Кроме нейтральной лакмусовой бумаги есть синяя и крас-ная. При действии кислот па синюю бу-магу она резко изменяет свой цвет на красный, еще отчетливее, чем нейтраль-ная бумага.

Изменения в окраске других индикато-ров приведены в таблице.

ЕЩЕ ОДИН ПОМОЩНИК, КОТОРЫЙ СПОСОБЕН ОПРЕДЕЛИТЬ КИСЛОТУ И ЩЕЛОЧЬ (растворимое основание)

Он содержится в листьях красной ка-пусты. Красящее вещество называют антоциан. Опустим листья красной капу-сты в кипящую воду, и вода окрасится в красно-фиолетовый цвет. Этот раствор поможет нам в определении кислот.

Индикаторные бумаги	в нейтральной среде	в кислой среде	в щелочной среде
лакмусовая нейтральная	фиолетовая
лакмусовая
лакмусовая
фенолфталеиновая			малиновая
метилоранжевая	оранжевая
		сине-фиолетовая

Разделы