4.6: Реакції нейтралізації

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22609

Anonymous
LibreTexts

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Визначте кислоту і основу.
Визначте реакцію нейтралізації і прогнозуйте її продукти.

У главі 3 ми визначили кислоту як іонну сполуку, яка містить H ⁺ як катіон. Це трохи невірно, але поки не були розроблені додаткові поняття, кращого визначення потрібно було почекати. Тепер ми можемо переглянути кислоту: кислота - це будь-яка сполука, яка збільшує кількість іона водню (Н ⁺) у водному розчині. Хімічна протилежність кислоти - основа. Еквівалентне визначення основи полягає в тому, що основа - це сполука, яка збільшує кількість гідроксид-іона (ОН ⁻) у водному розчині. Ці оригінальні визначення були запропоновані Арренієм (тією ж людиною, яка запропонувала іонну дисоціацію) в 1884 році, тому їх називають визначенням Арреніуса кислоти та основи відповідно.

Ви можете визнати, що, виходячи з опису атома водню, іон H ⁺ - це атом водню, який втратив свій самотній електрон; тобто H ⁺ - це просто протон. Чи справді у нас є голі протони, що рухаються у водному розчині? Ні. Що більш імовірно, це те, що іон Н ⁺ прикріпився до однієї (або декількох) молекул (ів) води. Щоб представити це хімічно, ми визначаємо іон гідронію як H ₃ O ⁺, який представляє додатковий протон, прикріплений до молекули води. Ми використовуємо іон гідронію як більш логічний спосіб появи іона водню у водному розчині, хоча в багатьох хімічних реакціях H ⁺ і H ₃ O ⁺ обробляються еквівалентно.

Реакція кислоти і основи називається реакцією нейтралізації. Хоча кислоти та основи мають свої унікальні хімічні речовини, кислота та основа скасовують хімію один одного, щоб отримати досить нешкідливу речовину - воду. Насправді загальна реакція між кислотою і основою така:

\[\ce{acid + base → water + salt}\nonumber \]

де термін сіль зазвичай використовується для визначення будь-якої іонної сполуки (розчинної або нерозчинної), яка утворюється в результаті реакції між кислотою і основою. (У хімії слово сіль позначає більше, ніж просто кухонну сіль.) Наприклад, збалансоване хімічне рівняння для реакції між HCl (aq) та KOH (aq) дорівнює

\[\ce{HCl(aq) + KOH(aq) → H2O(ℓ) + KCl(aq)}\nonumber \]

де сіль - KCl. Підрахувавши кількість атомів кожного елемента, ми знаходимо, що у вигляді продукту утворюється тільки одна молекула води. Однак в реакції між HCl (aq) і Mg (OH) ₂ (aq) потрібні додаткові молекули HCl і H ₂ O для збалансування хімічного рівняння:

\[\ce{2HCl(aq) + Mg(OH)2(aq) → 2H2O(ℓ) + MgCl2(aq)}\nonumber \]

Тут сіль - MgCl ₂. (Це одна з декількох реакцій, які відбуваються, коли тип антациду - основа - використовується для лікування шлункової кислоти.)

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Напишіть реакції нейтралізації між кожною кислотою і основою.

ГНО ₃ (aq) і Ба (ОН) ₂ (aq)
Н ₃ РО ₄ (aq) і Са (ОН) _{2 (aq)}

Рішення

Спочатку ми напишемо хімічне рівняння з формулами реагентів і очікуваних продуктів; потім збалансуємо рівняння.

Очікувані продукти - вода та нітрат барію, тому початкова хімічна реакція\[\ce{HNO3(aq) + Ba(OH)2(aq) → H2O(ℓ) + Ba(NO3)2(aq)}\nonumber \]
Щоб збалансувати рівняння, нам потрібно усвідомити, що буде дві молекули H ₂ O, тому потрібні дві молекули HNO ₃:\[\ce{2HNO3(aq) + Ba(OH)2(aq) → 2H2O(ℓ) + Ba(NO3)2(aq)}\nonumber \]

Це хімічне рівняння тепер збалансоване.
Очікувані продукти - вода та фосфат кальцію, тому початкове хімічне рівняння\[\ce{H3PO4(aq) + Ca(OH)2(aq) → H2O(ℓ) + Ca3(PO4)2(s)}\nonumber \]
Згідно з правилами розчинності, Ca ₃ (PO ₄) ₂ є нерозчинним, тому він має мітку фази (s). Щоб збалансувати це рівняння, нам знадобляться два фосфатних іона і три іони кальцію. Ми закінчуємо шістьма молекулами води, щоб збалансувати рівняння:\[\ce{2H3PO4(aq) + 3Ca(OH)2(aq) → 6H2O(ℓ) + Ca3(PO4)2(s)}\nonumber \]

Це хімічне рівняння тепер збалансоване.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Запишіть реакцію нейтралізації між H ₂ SO ₄ (aq) і Sr (OH) ₂ (aq).

Відповідь

\[\ce{H2SO4(aq) + Sr(OH)2(aq) → 2H2O(ℓ) + SrSO4(aq)}\nonumber \]

Реакції нейтралізації - це один з видів хімічної реакції, який протікає, навіть якщо один реагент не знаходиться у водній фазі. Наприклад, хімічна реакція між HCl (aq) і Fe (OH) ₃ (s) все ще протікає відповідно до рівняння:

\[\ce{3HCl(aq) + Fe(OH)3(s) → 3H2O(ℓ) + FeCl3(aq)}\nonumber \]

навіть якщо Fe (OH) ₃ не розчинний. Коли розуміють, що Fe (OH) ₃ (s) є компонентом іржі, це пояснює, чому деякі чистячі розчини для плям іржі містять кислоти - реакція нейтралізації виробляє продукти, які розчинні та змиваються. (Миття кислотами, такими як HCl, є одним із способів видалення плям іржі та іржі, але HCl слід використовувати з обережністю!)

Повні та чисті іонні реакції для реакцій нейтралізації залежатимуть від того, чи розчинні реагенти та продукти, навіть якщо кислота та основа реагують. Наприклад, в реакції HCl (aq) і NaOH (aq)

\[\ce{HCl(aq) + NaOH(aq) → H2O(ℓ) + NaCl(aq)}\nonumber \]

повна іонна реакція

\[\ce{H^{+}(aq) + Cl^{−}(aq) + Na^{+}(aq) + OH^{−}(aq) → H2O(ℓ) + Na^{+}(aq) + Cl^{−}(aq)}\nonumber \]

Іони Na ⁺ (aq) і Cl ⁻ (aq) є глядацькими іонами, тому ми можемо видалити їх, щоб мати

\[\ce{H^{+}(aq) + OH^{−}(aq) → H2O(ℓ)}\nonumber \]

як чисте іонне рівняння. Якби ми хотіли написати це з точки зору іона гідронію, H ₃ O ⁺ (aq), ми б написали це як

\[\ce{H3O^{+}(aq) + OH^{−}(aq) → 2H2O(ℓ)}\nonumber \]

За винятком введення додаткової молекули води, ці два чистих іонних рівняння еквівалентні.

Однак для реакції між HCl (aq) та Cr (OH) ₂ (s), оскільки гідроксид хрому (II) нерозчинний, ми не можемо розділити його на іони для повного іонного рівняння:

\[\ce{2H^{+}(aq) + 2Cl^{−}(aq) + Cr(OH)2(s) → 2H2O(ℓ) + Cr^{2+}(aq) + 2Cl^{−}(aq)}\nonumber \]

Хлоридні іони є єдиними глядацькими іонами тут, тому чисте іонне рівняння

\[\ce{2H^{+}(aq) + Cr(OH)2(s) → 2H2O(ℓ) + Cr^{2+}(aq)}\nonumber \]

Приклад\(\PageIndex{2}\)

Щавлева кислота, H ₂ C ₂ O ₄ (s) і Ca (OH) ₂ (и) реагують дуже повільно. Яке чисте іонне рівняння між цими двома речовинами, якщо утворена сіль нерозчинна? (Аніон в щавлевій кислоті - це оксалатний іон, C ₂ O ₄ ² ⁻.)

Рішення

Продуктами реакції нейтралізації буде вода і оксалат кальцію:

Н ₂ С ₂ О ₄ (и) + Са (ОН) ₂ (и) → 2Н ₂ О () + СаС ₂ О ₄ (и)

Оскільки нічого не розчиняється, немає речовин для поділу на іони, тому чисте іонне рівняння - це рівняння трьох твердих речовин і однієї рідини.

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Що таке чисте іонне рівняння між HNO ₃ (aq) та Ti (OH) ₄ (s)?

Відповідь

4Н ⁺ (ак) + Ті (ОН) ₄ (с) → 4Н ₂ О () + Ті ⁴ ⁺ (ак)

Ключові виноси

Визначення Arrhenius кислоти - це речовина, що збільшує кількість Н ⁺ у водному розчині.
Визначення основи Arrhenius - це речовина, яка збільшує кількість ОН ⁻ у водному розчині.
Нейтралізація - це реакція кислоти і основи, яка утворює воду і сіль.
Чисті іонні рівняння для реакцій нейтралізації можуть включати тверді кислоти, тверді основи, тверді солі та воду.