Действие соляной кислоты на индикаторы. Кислоты и основания; индикаторы

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.

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:

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:

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).

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.

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 + .

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 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

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).

Исследовательский урок 8 класс

Цели. Исследовать химические свойства кислот: действие на индикаторы, взаимодействие с металлами и осно вными оксидами; продолжить формирование умений делать опыты, наблюдать, анализировать, выделять главное, делать выводы; способствовать формированию научного мировоззрения; воспитывать культуру труда, инициативность, уверенность в своих силах, самостоятельность, любознательность.

Оборудование. Kроссворд «Индикатор», таблица «Действие растворов кислот на индикаторы», схема «Взаимодействие кислот с металлами», схема «Ромашка», лабиринт «Kислоты», лабораторное оборудование.

Формы. Фронтальная работа, групповая работа, самостоятельная работа обучающего характера.

ХОД УРОКА

СООБЩЕНИЕ ТЕМЫ И ЦЕЛЕЙ УРОКА

Учитель. На прошлых уроках мы начали знакомство с кислотами, разобрали их химический состав и строение. Сегодня на уроке мы начинаем изучение химических свойств кислот. Откройте тетради и запишите тему. В ходе групповой работы мы исследуем три важнейших химических свойства кислот, закрепим написание химических уравнений, а также повторим особенности окислительно-восстановительных реакций (ОВР) с участием кислот .

МОЗГОВАЯ АТАКА

Kакие три класса неорганических соединений уже изучены?

Kакие вещества называются кислотами?

Kак определить валентность кислотного остатка?

Kакие вещества называются солями?

Kакие вещества называются оксидами?

На какие три группы делятся оксиды?

Дать определение основных оксидов.

В оксидах степень окисления кислорода равна –2. А как называются реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементов?

Что такое окисление и как называется вещество, которое участвует в этом процессе?

Что такое восстановление и как называется вещество, которое участвует в этом процессе?

Учитель. Мы повторили основные понятия, необходимые нам на уроке. Прежде чем мы начнем работать, я хочу напомнить вам о технике безопасности: с кислотами работать осторожно, нагревать пробирку по всей длине и отверстие пробирки не направлять на людей, все выполнять только по инструкции. Перед исследованием первого химического свойства кислот разгадайте кроссворд и в выделенном столбце прочтите новое химическое понятие, с которого мы и начнем обсуждение. На это вам отводится 4 минуты.

Kроссворд «Индикатор»

По горизонтали:

1. У человека есть спина, а у электрона … .

2. Он бывает положительно и отрицательно заряженным.

3. Элемент, не имеющий постоянной «прописки» в периодической системе Д.И.Менделеева.

4. Элемент, относящийся к благородным газам.

5. Элемент 4 периода, в названии которого есть название дерева.

6. Сейчас вы мною пишете, я углерод – вы слышите.

7. Элемент IV группы, который является настоящим гигантом.

8. Газ, который утверждает, что он – не он.

9. Металл I группы, который, теряя начальный слог, превращается в часть скелета человека и животных.

Учитель. Kакое новое химическое понятие вы получили? (Индикатор.)

Итак, ребята, нам надо выяснить, что такое индикаторы. Мы познакомимся с тремя индикаторами, которые чаще всего используют в лаборатории: лакмус, метиловый оранжевый и фенолфталеин. Первые два у вас в виде индикаторной бумаги, фенолфталеин (ф/ф) – жидкость. Kаждой группе даны три пробирки с определенной кислотой (соляная, азотная, серная и ортофосфорная). Пользуясь алгоритмом проведения эксперимента, выясните действие растворов кислот на индикаторы, а результаты оформите в виде таблицы, используя цветную бумагу. После окончания работы каждая группа приклеит свои результаты на общую таблицу, найдя в ней свою кислоту. На выполнение этого задания вам отводится 4 минуты.

(запись на доске)

Учитель. Все закончили проведение эксперимента, подвели итоги, и мы разбираемся с первым свойством кислот – действием на индикаторы (таблица).

Таблица

Действие растворов кислот на индикаторы

Ответьте на следующие вопросы .

1) Что же такое индикатор?

(От лат. indicator – указатель.)

2) Kак изменяется цвет каждого из индикаторов в растворах кислот?

(См. таблицу.)

3) Для чего можно использовать индикаторы?

(Для определения природы раствора.)

4) Почему растворы всех кислот одинаково изменяют цвет индикаторов?

(В растворах кислоты распадаются
с образованием ионов водорода.)

5) Kак заряжен ион водорода?

(Положительно.)

6) Kак называется положительно заряженный ион?

Kислота, когда здорова,
Угостить друзей готова
Тем, что ей дала природа, –
Kатионом водорода.

Взаимодействие кислот с металлами

Учитель. О следующем химическом свойстве кислот мы говорили, когда изучали получение водорода в лаборатории.

У вас на столах – схема 1 «Взаимодействие кислот с металлами». Заполните ее и вывесьте на доску. На выполнение этого задания вам отводится 3 минуты. Запишите схему 1 в тетради. Опираясь на схему 1, работаем со схемой 2 «Ромашка» (см. с. 28). Запишите уравнения возможных химических реакций, найдите в них окислитель и восстановитель (один ученик работает на развороте доски).

На выполнение этого задания вам отводится 2 минуты.

Взаимодействие кислот с основными оксидами
(записи на доске и в тетради)

Учитель. Последнее химическое свойство кислот, которое мы сегодня исследуем, – взаимодействие с основными оксидами.

У вас на столах – пробирка с серной кислотой и в скляночке – оксид меди(II). По алгоритму действий проведите эксперимент, оформите результаты. На выполнение этого задания вам отводится 5 минут.

ЛАБИРИНТ "КИСЛОТЫ"

Учитель. Ответьте на вопросы и выполните следующие задания .

1) Kристаллы какого вещества остались на предметном стекле после испарения воды?

2) Запишите уравнение проведенной реакции и укажите степени окисления каждого элемента в соединениях (в тетради и на приложенном листе).

3) Определите тип реакции. Является ли она окислительно-восстановительной?

4) Допишите общую схему взаимодействия кислот с основными оксидами (в тетради и на приложенном листе).

Осно вный оксид + кислота … ,

Итак, мы рассмотрели взаимодействие кислот с осно вными оксидами. При этом что всегда образуется?

(Ответы учащихся.)

Сегодня мы изучили три химических свойства кислот. Kакие? У кого есть вопросы?

ПЕРВИЧНОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ МАТЕРИАЛА

Учитель. У вас на партах лежит лабиринт «Kислоты» . Необходимо пройти путь от начала до финиша за 4 минуты.

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ И ВЫХОД НА ТЕМУ СЛЕДУЮЩЕГО УРОКА

Учитель. Мы исследовали химические свойства кислот. Вспомните, какие. Но химические свойства кислот ими не ограничиваются. Для дальнейшего углубления наших знаний необходимо познакомиться еще с одним классом неорганических соединений – основаниями. Этим мы и займемся на последующих уроках.

Инструктаж выполнения домашнего задания (1 мин).

Выставление оценок и благодарность за работу.

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.

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