Как составить формулу кислоты по формуле соли

Е.Н.ФРЕНКЕЛЬ

Самоучитель по химии

Пособие для тех, кто не знает, но хочет
узнать и понять химию

Продолжение. Начало см. в № 13/2007

Глава 2. Важнейшие классы
неорганических соединений

2.1. Оксиды

Оксиды – сложные вещества, которые состоят из
атомов двух химических элементов, один из
которых кислород.

Определим, какое из следующих соединений оксид:

PH₃, H₃PO₄, P₂O₅.

К оксидам относят соединение P₂O₅.
Два других вещества – не оксиды: в состав РН₃
не входит атом кислорода, а в состав H₃PO₄ входят
атомы трех химических элементов – H, Р, O.

Названия оксидов складываются из двух слов:
первое слово – «оксид», второе слово – название
химического элемента, образующего данный оксид,
в родительном падеже. Например: СаО – оксид
кальция.

Если оксид образован химическим элементом с
переменной валентностью, то после названия
элемента нужно указать его валентность.
Например: Fe₂О₃ – оксид железа(III), FеО –
оксид железа(II).

Задание 2.1. Среди следующих соединений
найдите оксиды и назовите их:

N₂O₃, NH₃, MnO₂, H₂O,
HCl, NaOH, Na₂O, P₂O₅, H₂SO₄.

Задание 2.2. Составьте формулы следующих
оксидов:

оксид хрома(III), оксид углерода(IV), оксид магния,
оксид серы(VI), оксид азота(V), оксид калия, оксид
марганца(VI).

Многие оксиды могут реагировать с кислотами
или основаниями. В таких реакциях получаются
соли. Поэтому такие оксиды называются солеобразующими.

Однако существует небольшая группа оксидов,
которые к таким реакциям не способны. Такие
оксиды называют несолеобразующими.

Задание 2.3. Назовите несолеобразующие оксиды:
H₂O, CO, N₂O, NO, F₂O.

Некоторые оксиды имеют особые (тривиальные)
названия: Н₂О – вода, СО – угарный газ, СО₂
– углекислый газ и др.

Солеобразующие оксиды подразделяют на три
группы: основные, кислотные, амфотерные.

Точно установить характер оксида можно, только
изучая его химические свойства. Например,
кислотные оксиды реагируют с основаниями и не
реагируют с кислотами. Основные оксиды реагируют
с кислотами и не реагируют с основаниями.
Амфотерные оксиды могут реагировать и с
кислотами, и с основаниями.

По формуле оксида можно определить, какими
свойствами он обладает. Правда, иногда эта оценка
будет приблизительной.

• Неметаллы образуют только кислотные и
безразличные оксиды.

• Металлы в зависимости от валентности могут
образовывать разные оксиды – основные, амфотерные
и кислотные.

Предсказать свойства оксида металла может
помочь эта схема:

Основные оксиды металлов от кислотных оксидов
металлов отличить легко: малая валентность
металла – основный оксид, большая – кислотный.
Как быть с амфотерными оксидами? «Любимая»
валентность металлов в этих оксидах III, но есть и
исключения. Поэтому желательно запомнить
формулы наиболее часто встречающихся амфотерных
оксидов: ZnO, Al₂O₃, SnO, PbO, Cr₂O₃.

Задание 2.4. Назовите амфотерные оксиды:

ZnO, SnO, PbO, Al₂O₃, Cr₂O₃.

Задание 2.5. Классифицируйте приведенные
ниже оксиды:

V₂O₅, SO₂, ZnO, Fe₂O₃,
SO₃, CO₂, Li₂O, FeO, Al₂O₃, H₂O,
BaO.

Задание рекомендуется выполнить по следующей
схеме.

1) Определить, какой это оксид – солеобразующий
или несолеобразующий.

2) Определить, какой элемент входит в состав
солеобразующего оксида – металл или неметалл.
Для этого надо выписать из таблицы
Д.И.Менделеева символы элементов-неметаллов. Они
расположены в главных подгруппах на линии бор –
астат и выше этой линии (рис. 1).

3) Если в состав оксида входит атом
неметалла, то оксид кислотный.

4) Если в состав оксида входит атом металла, то
следует определить его валентность и по ней
выяснить характер оксида – основный, амфотерный
или кислотный.

Например: Cr₂O₃ – амфотерный, т.к. хром
– металл с валентностью III;

N₂O₃ – кислотный оксид, т.к. азот –
неметалл;

CrO₃ – кислотный оксид, т.к. хром – металл с
высокой валентностью VI.

Зная характер оксида, можно описать его
свойства.

Свойства кислотных оксидов

• Кислотные оксиды реагируют c водой, образуя
кислоты. Например:

CO₂ + H₂O = H₂CO₃.

Чтобы составить формулу кислоты, нужно сложить
все атомы исходных веществ, записывая на первом
месте атом водорода, на втором – элемент,
образующий оксид, и на последнем – кислород. Если
индексы получились четными, то их можно
сократить:

N₂O₃ + H₂O = H₂N₂O₄
(2HNO₂).

Эти же реакции можно записать в виде
арифметического примера:

Задание 2.6. Составьте уравнения реакций
кислотных оксидов из задания 2.5 с водой.

• Кислотные оксиды реагируют с осно?вными
оксидами, образуя соли соответствующей кислоты,
т.е. соль той кислоты, которая образуется при
взаимодействии этого оксида с водой. Например:

Чтобы составить такое уравнение, нужно
действовать по следующей схеме.

1) Составить формулу кислоты (прибавив к
молекуле оксида молекулу воды):

CO₂ + H₂O = H₂CO₃.

2) Определить валентность кислотного остатка
(это часть молекулы кислоты без атомов водорода).
В данном случае кислотный остаток имеет
состав СО₃, его валентность равна числу
атомов водорода в кислоте, т.е. II.

3) Cоставить формулу соли, записав вместо атомов
водорода атом металла из основного оксида с его
валентностью (в данном случае натрий).

4) Составить формулу соли по валентности
металла и кислотного остатка: Na₂CO₃.

Задание 2.7. Составьте уравнения реакций
кислотных оксидов из задания 2.5 с оксидом
кальция.

• Кислотные оксиды реагируют с основаниями,
образуя соль соответствующей кислоты и воду.
Например:

Принципы составления уравнений реакций с
основаниями те же, что и для реакций с
осно?вными оксидами (см. выше).

Задание 2.8. Составьте уравнения реакций
кислотных оксидов из задания 2.5 с гидроксидом
натрия NаОН.

З а п о м н и т е! Кислотные оксиды ни с кислотами,
ни c кислотными оксидами не реагируют.

Свойства основных оксидов

• Основные оксиды реагируют с водой,
образуя основания. Реакция протекает, если
получающееся основание растворимо в воде.

Общая формула оснований – М(ОН)_х, где х
– число ОН-групп, равное валентности металла М.
Например:

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂,

Fe₂O₃ + Н₂О нет реакции.

Последняя реакция не идет, т.к. основание Fe(ОН)₃
нерастворимо в воде. Растворимость веществ в
воде можно определить по таблице растворимости
(рис. 2).

Рис. 2. Таблица растворимости (фрагмент)

Условные обозначения: р – растворимо в воде, м
– малорастворимо в воде,
н – нерастворимо в воде.

При определении возможности протекания данной
реакции можно использовать и другое правило.

Основный оксид реагирует с водой, если он
образован активным металлом. Эти металлы стоят в
ряду напряжений до магния: Li, K, Ba, Ca, Na, Mg…

Задание 2.9. Составьте уравнения реакций основных
оксидов из задания 2.5 с водой.

• Основные оксиды реагируют с
кислотами, образуя соль и воду:

Обратите внимание: при составлении формулы
соли нужно вместо атомов водорода в формуле
кислоты написать символ металла, а затем
расставить индексы согласно валентности.

Задание 2.10. Составьте уравнения реакций
осно?вных оксидов из задания 2.5 с Н₂SО₄.

• Основные оксиды реагируют с
кислотными оксидами, образуя соли.

• Некоторые основные оксиды
реагируют при нагревании с водородом, при этом
образуются металл и вода:

CuO + H₂ = Cu + H₂O.

З а п о м н и т е! Основные оксиды с
основаниями и основными оксидами не
реагируют!

В ы в о д. В реакцию легче всего вступают
вещества с противоположными свойствами и не
вступают в реакцию вещества со сходными
свойствами.

Свойства амфотерных оксидов

Амфотерные оксиды (от греч. amphi – двойной)
проявляют двойственные свойства: они могут
реагировать и с кислотами, и с основаниями
(точнее, со щелочами). При этом образуются соль и
вода. Например:

Задание 2.11. Составьте уравнения реакций
амфотерных оксидов из задания 2.5 с КОН и НNО₃.

Задание 2.12. С какими из веществ – Н₂О,
NаОН, НСl – могут реагировать следующие оксиды:

Cr₂O₃, CrO, SO₃, V₂O₅?

Составьте уравнения возможных реакций.

Способы получения оксидов

Оксиды могут быть получены при разложении
некоторых кислот, оснований, солей:

H₂SO₃ = SO₂ + H₂O,

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O,

Са(НСО₃)₂ = Н₂О + СО₂
+ СаСО₃.

Оксиды обычно получают сжиганием в кислороде
простых и сложных веществ:

2Mg + O₂ = 2MgO,

C + O₂ = CO₂,

2H₂ + O₂ = 2H₂O,

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O.

Обратите внимание: при сгорании сложного
вещества образуются оксиды элементов, которые
входят в его состав. Исключение составляют
только азот и галогены, которые выделяются в виде
простых веществ.

В ы в о д ы по главе 2.1

Молекулы оксидов состоят из атомов двух
элементов. Один из этих элементов – кислород.

Оксиды, образующие соли, бывают кислотными,
амфотерными и основными.

Оксиды реагируют с веществами, которые
проявляют противоположные свойства.

Основные оксиды реагируют с
кислотными оксидами или кислотами, кислотные
оксиды – с основными оксидами или
основаниями, амфотерные оксиды – и с кислотами, и
с основаниями (щелочами).

2.2. Кислоты

Кислоты – это сложные вещества, в состав
молекул которых входят активные атомы водорода и
кислотные остатки. Активный атом водорода в
химических реакциях способен замещаться на атом
металла, в результате чего всегда получается
соль.

В формулах неорганических кислот атом водорода
записывается на первом месте*.
Например:

В состав молекулы любой кислоты кроме атомов
водорода входит кислотный остаток. Кислотный
остаток – это часть молекулы кислоты без атомов
водорода (которые могут быть замещены на атом
металла). Валентность кислотного остатка равна
числу таких атомов водорода:

При определении валентности кислотного
остатка учитываются те атомы водорода, которые
участвовали в реакции или могут участвовать в
ней. Так, фосфорной кислоте Н₃РО₄ в
зависимости от условий могут соответствовать
кислотные остатки разного состава:

У органических кислот не все атомы водорода в
молекуле способны замещаться на атом металла:

Задание 2.13. Определите состав и валентность
кислотных остатков для кислот, учитывая, что все
атомы водорода кислот активные:

HNO₃, H₂S, NaHCO₃, H₂SO₃,
KOH, HMnO₄.

По числу атомов водорода в молекулах кислоты
делят на одноосновные и многоосновные.

Например:

HCl – одноосновная кислота, т. к. в ее молекуле
один атом водорода;

Н₂СО₃ – двухосновная кислота, т. к. в
ее молекуле два атома водорода.

По составу кислоты делят на бескислородные
(НСl, Н₂S) и кислородсодержащие (НСlO, Н₂SO₄).

Бескислородные кислоты представляют собой
растворы некоторых газов в воде, при этом и
растворенному газу, и полученному раствору
приписывают одинаковые свойства, хотя это не так.
Например, из простых веществ водорода и хлора
получается газ хлороводород:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

Этот газ не проявляет кислотных свойств, если
он сухой: его можно перевозить в металлических
емкостях, и никакой реакции не происходит.
Но при растворении хлороводорода в воде
получается раствор, который проявляет свойства
сильной кислоты. Такую кислоту перевозить в
металлических емкостях нельзя.

Названия бескислородных кислот составляют по
схеме:

элемент + водород + «ная» кислота.

Например: H₂S – сероводородная кислота
(раствор газа сероводорода в воде).

Некоторые бескислородные кислоты имеют особые
(тривиальные) названия: НСl – соляная кислота
(раствор газа хлороводорода в воде), НF –
плавиковая кислота (раствор газа фтороводорода в
воде).

Задание 2.14. Дайте химические названия
соляной и плавиковой кислотам.

Кислородсодержащие кислоты могут быть
получены при действии воды на кислотные оксиды
(см. выше). Исходные кислотные оксиды называют
«ангидриды кислот»:

Метафосфорная кислота неустойчива и,
присоединяя воду, превращается в более
устойчивую ортофосфорную кислоту:

Или в суммарном виде:

Р₂О₅ + 3Н₂О = 2Н₃РО₄
.

Таким образом, Р₂O₅ – ангидрид
фосфорной кислоты, а также некоторых других,
менее устойчивых кислот.

Обратите внимание: название
кислородсодержащей кислоты содержит в виде
корня название элемента, входящего в состав
ангидрида: фосфор Р
фосфорный ангидрид Р₂О₅ фосфорная кислота Н₃РО₄.

Если элементу соответствует несколько кислот,
то для кислоты с большей валентностью
элемента, входящего в состав ангидрида, в
названии употребляют суффиксы «н» или «в».
Для кислот с меньшей валентностью элемента в
название кислоты добавляют суффикс «ист».

Валентность элемента проще всего определять по
формуле ангидрида:

В названии сернистой кислоты основной суффикс
«ист», а суффикс «н» введен дополнительно для
благозвучия.

Сведения о названиях некоторых кислот обобщены
в табл. 3.

Таблица 3

Названия кислот

Задание 2.15. Вместо пропусков в табл.
3 напишите формулы и названия соответствующих
кислот.

Задание 2.16. Напишите на память (никуда не
заглядывая) формулы кислот: кремниевой,
сернистой, серной, сероводородной, азотистой,
азотной, соляной, фосфорной, угольной. Укажите
ангидриды этих кислот (там, где они существуют).

Свойства кислот

Главным свойством всех кислот является их
способность образовывать соли. Соль образуется в
любой реакции, в которой участвует кислота, при
этом замещаются активные атомы водорода (один
или несколько).

• Кислоты реагируют с металлами. При этом атомы
водорода кислоты замещаются на атомы металла с
образованием растворимой соли и водорода.
Например:

Не все металлы способны вытеснять водород из
растворов кислот. Этот процесс возможен только
для тех металлов, которые стоят в ряду напряжений
(ряд активности) до водорода (рис. 3, см. с. 20):

Рис. 3. Ряд напряжений металлов

Задание 2.17. Составьте уравнения
возможных реакций:

серная кислота + алюминий,

соляная кислота + серебро,

бромоводородная кислота + цинк.

При составлении уравнений пользуйтесь рядом
напряжений. Не забывайте, составляя формулы
солей, учитывать валентности металла и
кислотного остатка.

Некоторые кислоты могут растворять металлы,
которые стоят в ряду напряжения после водорода,
но водород при этом не выделяется:

3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

• Кислоты реагируют с основаниями, образуя
соль и воду**. Это реакция
обмена, и поэтому валентность составных частей в
результате реакции не меняется:

Расставим коэффициенты:

2Н₃РО₄ + 3Са(ОН)₂ = Са₃(РО₄)₂
+ 6Н₂О.

Задание 2.18. Составьте уравнения реакций:

серной кислоты и Fe(ОН)₃,

соляной кислоты и Ва(ОН)₂,

сернистой кислоты и NаОН.

Не забудьте порядок действий: составить
формулу соли по валентности металла и кислотного
остатка; расставить коэффициенты.

• Кислоты могут реагировать с солями. При этом
сильная кислота вытесняет более слабую из ее
соли.

К сильным кислотам относятся серная, азотная,
соляная и др.

К слабым кислотам относятся угольная,
кремниевая, сероводородная, азотистая.

В реакции обмена кислоты с солью образуются
новая соль и новая кислота. Например:

2HNO₃ + CaCO₃ = Ca(NO₃)₂ + H₂CO₃.

Более подробно о подобных реакциях см. главу 6.

Задание 2.19. Составьте, не обращаясь к
учебнику и пособиям, формулы: а) сильных кислот;
б) слабых кислот.

Задание 2.20. Составьте уравнения реакций:

соляная кислота + FeS,

азотная кислота + Na₂SiO₃,

серная кислота + K₂CO₃.

• Как обнаружить кислоту в растворе? Например,
в одном стакане налита вода, а в другом – раствор
кислоты. Как определить, где кислота? Хотя все
кислоты кислые на вкус, пробовать их нельзя, это
опасно. Выручают особые вещества – индикаторы.
Это соединения, которые изменяют цвет в
присутствии кислот.

Синий лакмус в кислоте становится красным;
оранжевый метилоранж тоже становится красным в
присутствии кислот.

В ы в о д ы по главе 2.2

Кислоты классифицируют:

по числу атомов водорода – на одноосновные,
двухосновные и т.д.;

по наличию атома кислорода в составе
молекулы – на бескислородные и
кислородсодержащие;

по силе – на сильные и слабые;

по устойчивости – на устойчивые и
неустойчивые.

Кислоты реагируют:

с активными металлами (стоящими в ряду
активности до Н),

с основаниями,

с основными и амфотерными оксидами,

с солями более слабых кислот.

Кислоты обнаруживаются индикаторами в кислой
(«красной») области.

* В химических формулах
органических кислот атом водорода стоит в конце,
например CH₃COOH – уксусная кислота.

** Реакция между кислотой и
основанием называется реакцией нейтрализации.

Продолжение следует