Какие частицы отвечают за общие свойства всех кислот в растворе?

Катионы водорода H⁺

Анионы кислотного остатка

Гидроксид-ионы OH⁻

Какое сокращённое ионное уравнение соответствует реакции серной кислоты с хлоридом бария?

Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓

Химические свойства кислот как электролитов

Что нужно знать до

Если что-то из этого забылось, начни оттуда — так будет понятнее.

Основные положения теории электролитической диссоциации

Коротко о главном

Общие свойства всех кислот создают катионы водорода $\mathrm{H^+}$ . Кислоты меняют цвет индикаторов, реагируют с основаниями, оксидами металлов, активными металлами и солями. Реакции между растворами электролитов идут, если образуется газ, осадок или слабый электролит (правило Бертолле), а записывают их ионными уравнениями.

\mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O}

Подробное объяснение

Лимонный сок, уксус и кислый щавель на вкус похожи, хотя кислоты в них разные. Причина одна: при растворении любая кислота распадается на ионы, и среди них обязательно есть катионы водорода $\mathrm{H^+}$ . Кислотный остаток у каждой кислоты свой, а $\mathrm{H^+}$ — общий. Поэтому общие свойства кислот — это свойства ионов водорода. Пробовать кислоты на вкус в лаборатории, конечно, нельзя.

Индикаторы

В кислой среде лакмус, метиловый оранжевый и универсальный индикатор краснеют. Фенолфталеин в кислоте остаётся бесцветным, поэтому кислоту им не обнаружить.

Ионные уравнения

Реакции в растворах электролитов удобно записывать тремя способами.

Молекулярное уравнение — формулы веществ целиком.
Полное ионное — сильные растворимые электролиты (сильные кислоты, щёлочи, растворимые соли) записывают ионами. Вода, газы, осадки, слабые электролиты, оксиды и металлы остаются в виде формул.
Сокращённое ионное — из полного вычёркивают ионы, которые одинаково стоят слева и справа. Они не участвуют в реакции, их называют ионами-наблюдателями.

Реакция соляной кислоты с карбонатом калия тремя строками — молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения. Ионы K⁺ и Cl⁻ стоят в обеих частях и вычеркнуты, остаётся 2H⁺ + CO₃²⁻ → H₂O + CO₂↑. — Ионы, одинаковые слева и справа, в реакции не участвуют — их вычёркивают, и остаётся суть реакции.

Сокращённое уравнение показывает суть реакции. Например, у любой сильной кислоты со щёлочью оно одно и то же: $\mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O}$ . Это реакция нейтрализации: кислая и щелочная среды дают нейтральную воду.

С чем реагируют кислоты

Основания. Получаются соль и вода. Нерастворимое основание записывают формулой: $\mathrm{Fe(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + 2H_2O}$ .

Оксиды металлов. Тоже соль и вода: $\mathrm{MgO + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + H_2O}$ . Оксид всегда пишут формулой.

Металлы. Получаются соль и водород: $\mathrm{Fe + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2\uparrow}$ . Но условий несколько:

металл стоит в ряду активности до водорода (медь, серебро, золото не реагируют);
образуется растворимая соль — свинец почти не растворяется в серной кислоте, потому что покрывается плёнкой нерастворимого сульфата;
азотная кислота и концентрированная серная реагируют с металлами иначе, водород не выделяется (это изучают позже);
для металлов IA и IIA групп уравнение с раствором кислоты не пишут: они реагируют ещё и с водой.

Соли. Здесь работает правило Бертолле: реакция между растворами электролитов идёт, только если образуется газ, осадок или слабый электролит (например, вода).

Газ: $\mathrm{2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow}$ — любая сильная кислота «вскипает» с раствором карбоната.
Осадок: $\mathrm{Ag^+ + Cl^- \rightarrow AgCl\downarrow}$ (белый творожистый), $\mathrm{Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow}$ , $\mathrm{2H^+ + SiO_3^{2-} \rightarrow H_2SiO_3\downarrow}$ .
Если все продукты растворимы, ионы просто перемешиваются, и реакции нет. Так, все нитраты растворимы, поэтому осадить нитрат-ион нельзя.

Как составить ионное уравнение

Напишите молекулярное уравнение и расставьте коэффициенты.
По таблице растворимости и ряду сильных электролитов решите, что записывать ионами.
Запишите полное ионное уравнение, не забыв коэффициенты перед ионами.
Вычеркните одинаковые ионы слева и справа; если все коэффициенты делятся на общее число — сократите.
Проверьте: число атомов и суммарный заряд слева и справа должны совпасть.

Разобранные примеры

База

Нейтрализация гидроксида бария

Условие

Напишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции азотной кислоты с гидроксидом бария.

Решение

Гидроксид бария — щёлочь, сильный электролит; азотная кислота и нитрат бария тоже записываются ионами.

\mathrm{2HNO_3 + Ba(OH)_2 \rightarrow Ba(NO_3)_2 + 2H_2O}

\mathrm{2H^+ + 2NO_3^- + Ba^{2+} + 2OH^- \rightarrow Ba^{2+} + 2NO_3^- + 2H_2O}

Вычёркиваем $\mathrm{Ba^{2+}}$ и $\mathrm{2NO_3^-}$ , остаётся $\mathrm{2H^+ + 2OH^- \rightarrow 2H_2O}$ , после деления на 2:

\mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O}

Ответ: H⁺ + OH⁻ → H₂O

Средний

Пойдёт ли реакция

Условие

Какие реакции возможны: а) железо и соляная кислота; б) серебро и соляная кислота; в) соляная кислота и нитрат калия; г) серная кислота и карбонат калия? Для возможных напишите уравнения.

Решение

а) Железо стоит до водорода, хлорид железа(II) растворим — реакция идёт:

\mathrm{Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow}, \quad \mathrm{Fe + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2\uparrow}

б) Серебро стоит после водорода — реакции нет.

в) Возможные продукты $\mathrm{KCl}$ и $\mathrm{HNO_3}$ — растворимые сильные электролиты, нет ни газа, ни осадка, ни воды. По правилу Бертолле реакции нет.

г) Выделяется углекислый газ:

\mathrm{H_2SO_4 + K_2CO_3 \rightarrow K_2SO_4 + H_2O + CO_2\uparrow}, \quad \mathrm{2H^+ + CO_3^{2-} \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow}

Ответ: Идут реакции а) и г); б) и в) не идут.

Сложный

Сколько водорода даст алюминий

Условие

5,4 г алюминия растворили в избытке разбавленной серной кислоты. Какой объём водорода (н. у.) выделился?

Дано

$m(\mathrm{Al}) = 5{,}4$ г

Найти

$V(\mathrm{H_2})$

Решение

\mathrm{2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2\uparrow}

$n(\mathrm{Al}) = \dfrac{5{,}4}{27} = 0{,}2$ моль. По уравнению на 2 моль алюминия приходится 3 моль водорода, значит $n(\mathrm{H_2}) = \dfrac{0{,}2 \cdot 3}{2} = 0{,}3$ моль.

$V(\mathrm{H_2}) = 0{,}3 \cdot 22{,}4 = 6{,}72$ л.

Ответ: 6,72 л

Типичные ошибки

Записывают ионами осадок, газ или воду

Почему неверно

Ионами пишут только то, что в растворе действительно распалось на ионы. Мел $\mathrm{CaCO_3}$ нерастворим, его частицы в растворе не разваливаются на $\mathrm{Ca^{2+}}$ и $\mathrm{CO_3^{2-}}$ . Если записать их ионами, исчезнет смысл реакции.

Как правильно

Перед записью проверьте каждое вещество по таблице растворимости. Осадки, газы, воду, слабые кислоты, оксиды и металлы оставляйте формулами: $\mathrm{CaCO_3 + 2H^+ \rightarrow Ca^{2+} + H_2O + CO_2\uparrow}$ .

Считают, что кислота реагирует с любым металлом

Почему неверно

Медь, серебро и золото стоят после водорода и не вытесняют его из соляной или разбавленной серной кислоты. Азотная кислота водород вообще не выделяет. Ещё одна частая ошибка — писать $\mathrm{FeCl_3}$ : с соляной кислотой железо даёт хлорид железа(II).

Как правильно

Сначала найдите металл в ряду активности и проверьте, растворима ли соль. Только потом пишите уравнение: $\mathrm{Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow}$ .

Теряют коэффициенты и заряды в ионном уравнении

Почему неверно

Из $\mathrm{H_2SO_4}$ получается не $\mathrm{H^+ + SO_4^-}$ , а $\mathrm{2H^+ + SO_4^{2-}}$ . Если коэффициент или заряд потерян, заряды слева и справа не сойдутся, и уравнение неверно.

Как правильно

Число ионов равно индексу в формуле, умноженному на коэффициент перед ней. В конце сложите заряды в каждой части уравнения — суммы должны быть равны.

Проверь себя

Ответь на вопросы — после каждого ответа появится пояснение.

Проверь себя по всему разделу

Задачи для тренировки

От простых к сложным. Подсказку, решение и ответ открывай, только когда попробовал сам.

База Задача 1

Напишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения реакции азотной кислоты с гидроксидом калия.

Подсказка

Оба исходных вещества — сильные электролиты, ионами не записывается только вода.

Решение

\mathrm{HNO_3 + KOH \rightarrow KNO_3 + H_2O}

\mathrm{H^+ + NO_3^- + K^+ + OH^- \rightarrow K^+ + NO_3^- + H_2O}

Ионы $\mathrm{K^+}$ и $\mathrm{NO_3^-}$ есть в обеих частях — сокращаем их:

\mathrm{H^+ + OH^- \rightarrow H_2O}

Ответ

HNO₃ + KOH → KNO₃ + H₂O; H⁺ + OH⁻ → H₂O

База Задача 2

Какая масса гидроксида натрия нужна, чтобы полностью нейтрализовать 9,8 г серной кислоты?

Подсказка

На одну частицу серной кислоты приходится две частицы щёлочи.

Решение

\mathrm{H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O}

$n(\mathrm{H_2SO_4}) = \dfrac{9{,}8}{98} = 0{,}1$ моль, $n(\mathrm{NaOH}) = 2 \cdot 0{,}1 = 0{,}2$ моль.

$m(\mathrm{NaOH}) = 0{,}2 \cdot 40 = 8$ г.

Ответ

8 г

Средний Задача 3

С какими из металлов реагирует разбавленная серная кислота: магний, медь, железо, серебро, цинк? Напишите уравнения возможных реакций.

Подсказка

Посмотрите, где металл стоит в ряду активности относительно водорода.

Решение

Реагируют металлы, стоящие в ряду активности до водорода: магний, железо, цинк. Медь и серебро стоят после водорода — водород из кислоты они не вытесняют.

\mathrm{Mg + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2\uparrow}

\mathrm{Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow}

\mathrm{Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow}

Железо с разбавленной кислотой даёт соль железа(II). Магний хотя и металл IIA-группы, но с холодной водой почти не реагирует, поэтому его реакцию с кислотой записывают.

Ответ

Магний, железо, цинк

Средний Задача 4

Подберите молекулярное уравнение, которому соответствует сокращённое ионное уравнение $\mathrm{2H^+ + S^{2-} \rightarrow H_2S\uparrow}$ .

Подсказка

Нужны сильная кислота и растворимый сульфид.

Решение

Ионы $\mathrm{H^+}$ даст сильная кислота, например соляная, ионы $\mathrm{S^{2-}}$ — растворимая соль, например сульфид натрия:

\mathrm{Na_2S + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2S\uparrow}

Полное ионное:

\mathrm{2Na^+ + S^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^- + H_2S\uparrow}

; после сокращения ионов натрия и хлора получается заданное уравнение.

Ответ

Например, Na₂S + 2HCl → 2NaCl + H₂S↑

Сложный Задача 5

К мелу (карбонату кальция), взятому в избытке, прилили 200 г 7,3%-ной соляной кислоты. Какой объём углекислого газа (н. у.) выделился?

Подсказка

Сначала найдите массу хлороводорода в растворе, расчёт ведите по кислоте.

Решение

\mathrm{CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow}

$m(\mathrm{HCl}) = 200 \cdot 0{,}073 = 14{,}6$ г, $n(\mathrm{HCl}) = \dfrac{14{,}6}{36{,}5} = 0{,}4$ моль.

По уравнению $n(\mathrm{CO_2}) = \dfrac{0{,}4}{2} = 0{,}2$ моль, $V = 0{,}2 \cdot 22{,}4 = 4{,}48$ л.

Ответ

4,48 л

Сложный Задача 6

К 49 г 10%-ного раствора серной кислоты добавили избыток раствора хлорида бария. Какая масса осадка образовалась?

Подсказка

Осадок — сульфат бария, его молярная масса 233 г/моль.

Решение

\mathrm{H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl}

$m(\mathrm{H_2SO_4}) = 49 \cdot 0{,}1 = 4{,}9$ г, $n = \dfrac{4{,}9}{98} = 0{,}05$ моль.

$n(\mathrm{BaSO_4}) = 0{,}05$ моль, $m = 0{,}05 \cdot 233 = 11{,}65$ г.

Ответ

11,65 г

Для родителя

Как объяснить за 5 минут. Капните лимонным соком или уксусом на пищевую соду: зашипит углекислый газ. Это и есть реакция кислоты с карбонатом по правилу Бертолле — появился газ, значит реакция идёт. А теперь растворите в воде соль: ничего не шипит и не выпадает, ионы просто плавают в растворе. Главная мысль: все кислоты ведут себя похоже, потому что у всех есть ион водорода $\mathrm{H^+}$ .

Вопросы для проверки понимания: 1) Почему медь не реагирует с соляной кислотой, а цинк реагирует? 2) Какие три признака говорят, что реакция в растворе пойдёт? 3) Почему осадок нельзя записывать ионами?

На что обратить внимание. Ребёнок должен свободно пользоваться таблицей растворимости и рядом активности металлов — без них ионные уравнения не составить. Проверяйте, что в каждом уравнении совпадают и атомы, и заряды.

Где в учебниках

Учебник	Параграф	Упражнения
Химия. 9 класс (Габриелян, Остроумов, Сладков)	§ 6	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9