Номер 5, страница 110 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 25. Кислоты, их классификация и химические свойства. Глава 3. Основные классы неорганических соединений - номер 5, страница 110.

5. Какие условия необходимо соблюдать для протекания реакций кислот с металлами и солями?

Для протекания реакций кислот с металлами и солями необходимо соблюдение определенных условий, которые различаются для этих двух классов веществ.

Реакции кислот с металлами

Взаимодействие кислот с металлами является окислительно-восстановительной реакцией. Основные условия для ее протекания следующие:

1. Положение металла в электрохимическом ряду напряжений (ряду активности). Это основное правило для реакций с кислотами-неокислителями (например, $HCl$, $H_2SO_4(разб.)$, $H_3PO_4$).

   • Металл должен стоять в ряду активности левее водорода (H). В этом случае металл способен вытеснять водород из раствора кислоты, образуя соль и газообразный водород.

     Пример: Цинк (Zn) стоит левее водорода и реагирует с соляной кислотой.

     $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

   • Металлы, стоящие правее водорода (например, Cu, Ag, Hg, Au, Pt), с кислотами-неокислителями не реагируют.

     $Cu + HCl \rightarrow$ реакция не идет.

2. Тип кислоты (для кислот-окислителей). Концентрированная серная ($H_2SO_4$) и любая азотная ($HNO_3$) кислоты являются сильными окислителями. Они реагируют с большинством металлов, включая некоторые, стоящие правее водорода. В этих реакциях водород, как правило, не выделяется. Вместо этого восстанавливается кислотообразующий элемент кислоты.

   Пример: Медь (Cu) реагирует с концентрированной серной кислотой.

   $Cu + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$

   Важно отметить, что некоторые металлы (например, железо (Fe), алюминий (Al), хром (Cr)) пассивируются холодной концентрированной серной и азотной кислотами из-за образования на их поверхности плотной оксидной пленки, которая препятствует дальнейшей реакции.

3. Растворимость образующейся соли. Если продукт реакции — нерастворимая соль, она может покрыть поверхность металла и прекратить реакцию. Например, реакция свинца с серной кислотой быстро замедляется из-за образования нерастворимого сульфата свинца(II).

   $Pb + H_2SO_4 \rightarrow PbSO_4 \downarrow + H_2 \uparrow$

Ответ: Для реакции кислоты с металлом необходимо, чтобы: 1) для кислот-неокислителей металл стоял в ряду активности левее водорода; 2) для кислот-окислителей ($HNO_3$, $H_2SO_4(конц.)$) это правило не обязательно, но следует учитывать возможность пассивации; 3) образующаяся соль была растворима, чтобы не блокировать доступ кислоты к металлу.

Реакции кислот с солями

Реакции между кислотами и солями являются реакциями ионного обмена. Они протекают в растворе до конца только в том случае, если один из продуктов уходит из сферы реакции. Исходные реагенты (кислота и соль), как правило, должны быть растворимы в воде.

1. Выделение газа. Продукт реакции — неустойчивая или летучая кислота, которая разлагается с выделением газа. Это происходит, если исходная кислота сильнее той, которая образует соль.

   Пример: Реакция соляной кислоты с карбонатом кальция (мелом).

   $2HCl + CaCO_3 \rightarrow CaCl_2 + H_2CO_3$

   Угольная кислота ($H_2CO_3$) неустойчива и разлагается:

   $H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2 \uparrow$

   Аналогично протекают реакции с сульфитами ($SO_3^{2-}$) и сульфидами ($S^{2-}$), с выделением $SO_2$ и $H_2S$ соответственно.

2. Образование осадка. Один из продуктов реакции (новая соль или новая кислота) является нерастворимым веществом.

   Пример: Реакция серной кислоты с хлоридом бария.

   $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + 2HCl$

   Сульфат бария ($BaSO_4$) — нерастворимый осадок белого цвета.

   Пример: Реакция соляной кислоты с силикатом натрия.

   $2HCl + Na_2SiO_3 \rightarrow 2NaCl + H_2SiO_3 \downarrow$

   Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) — нерастворима.

3. Образование слабого электролита. Более сильная кислота вытесняет более слабую из ее соли. Продукт реакции — слабая, но устойчивая и растворимая кислота.

   Пример: Реакция соляной кислоты с ацетатом натрия.

   $HCl + CH_3COONa \rightarrow NaCl + CH_3COOH$

   Соляная кислота (сильная) вытесняет уксусную кислоту (слабую).

Также существует правило, что менее летучая кислота может вытеснять более летучую из ее соли при нагревании. Например, получение хлороводорода из твердого хлорида натрия и концентрированной серной кислоты.

$2NaCl(тв.) + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2HCl \uparrow$

Ответ: Для реакции кислоты с солью необходимо, чтобы исходные вещества были растворимы (в большинстве случаев) и чтобы в результате реакции образовывался: 1) газ; 2) осадок; или 3) слабый электролит (например, слабая кислота). В общем случае, реакция идет, если один из продуктов покидает реакционную среду.