Уксус и лимонный сок кислые на вкус, а мыльный раствор скользкий и «щиплется». За каждым из этих ощущений стоит свой ион — и весь урок держится на двух уравнениях диссоциации.
Кислоты — это электролиты, которые при диссоциации образуют в качестве катионов только катионы водорода H⁺. Основания — электролиты, которые образуют в качестве анионов только гидроксид-ионы OH⁻.
В растворе соляной кислоты нет «кислоты как таковой» — там ионы: HCl → H⁺ + Cl⁻. За кислый вкус, действие на индикаторы и реакции с металлами у всех кислот отвечает один и тот же ион H⁺. Какой при этом кислотный остаток — Cl⁻, NO₃⁻ или SO₄²⁻ — на общие свойства почти не влияет.
С основаниями логика та же: NaOH → Na⁺ + OH⁻, и общие свойства щелочей — заслуга гидроксид-иона OH⁻.
Щёлочи — это только растворимые основания: NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂. Нерастворимые основания — например, Cu(OH)₂ или Fe(OH)₃ — тоже основания, но ведут себя иначе: свободных ионов OH⁻ в растворе они не создают. Каждая щёлочь — основание, но не каждое основание — щёлочь.
Индикатор — вещество, которое меняет окраску в зависимости от среды раствора. Три главных индикатора школьной программы стоит знать наизусть — их спрашивают и на контрольных, и на ОГЭ:
| Индикатор | В кислоте | В воде | В щёлочи |
|---|---|---|---|
| Лакмус | красный | фиолетовый | синий |
| Метилоранж | красный | оранжевый | жёлтый |
| Фенолфталеин | бесцветный | бесцветный | малиновый |
Фенолфталеин — «специалист по щелочам»: кислоту от воды он не отличит, зато щёлочь показывает ярчайшим малиновым. Запоминалка: «фенолфталеиновый — в щелочах малиновый».
1. Меняют окраску индикаторов. Лакмус и метилоранж краснеют — это работа ионов H⁺.
2. Реагируют с металлами, стоящими до водорода. Металлы левее водорода в ряду активности вытесняют его из растворов кислот: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑. Медь стоит правее водорода — с соляной и разбавленной серной кислотой она не реагирует, сколько ни жди. Оговорка на будущее: азотная кислота с металлами ведёт себя по особым правилам и водород не выделяет — её случай разбирают в старших классах.
3. Реагируют с основными оксидами: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O. Чёрный порошок оксида меди растворяется, и раствор становится голубым — красивая и любимая экзаменаторами реакция.
4. Реагируют с основаниями — это нейтрализация, о ней отдельный блок ниже.
5. Реагируют с солями, если образуется осадок или газ: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. Так шипит мел в кислоте и растворяется накипь в чайнике под лимонной кислотой. А с нитратом серебра соляная кислота даёт белый творожистый осадок: AgNO₃ + HCl → AgCl↓ + HNO₃.
Щёлочи: меняют окраску индикаторов (фенолфталеин — малиновый); реагируют с кислотами (нейтрализация); с кислотными оксидами: 2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O; с растворами солей, если выпадает осадок: CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄.
Нерастворимые основания: индикаторы НЕ меняют — свободных ионов OH⁻ в растворе нет; реагируют с кислотами: Cu(OH)₂ + H₂SO₄ → CuSO₄ + 2H₂O; разлагаются при нагревании: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O — голубой осадок чернеет на глазах.
Дано: медь и раствор соляной кислоты. Решение: смотрим ряд активности — медь правее водорода, значит, вытеснить H₂ из кислоты не может. Реакция не идёт. Возьмём цинк: он левее водорода → Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑, идут пузырьки газа.
Дано: растворы CuSO₄ и NaOH. Решение: щёлочь реагирует с солью, если выпадает осадок. По таблице растворимости Cu(OH)₂ нерастворим → CuSO₄ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄, голубой осадок. Именно так это спрашивает ОГЭ (задания 8–11): даётся вещество и список кандидатов — реши, с кем реакция пойдёт.