Хімічні властивості кислот

Ключове правило, яке визначає, чи відбудеться реакція між металом і кислотою-неокисником, — це положення металу в електрохімічному ряді активності (ряді напруг). Метали, розташовані лівіше від водню (H), здатні витісняти водень із хлоридної (HCl) та розбавленої сульфатної (H₂SO₄) кислот. Метали, що стоять правіше від водню (у ряді активності з довідки НМТ — Bi, Cu, Ag, Hg, Pt, Au), з цими кислотами не реагують.

Розгляньмо конкретні приклади. Цинк, який у ряді активності стоїть ліворуч від водню, бурхливо реагує з хлоридною кислотою: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑. Магній із розбавленою сульфатною кислотою: Mg + H₂SO₄ → MgSO₄ + H₂↑. Алюміній, хоч і активний метал, реагує повільніше через оксидну плівку, але рівняння таке: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑.

Особливу увагу зверни на залізо. Воно з кислотами-неокисниками (HCl, розбавлена H₂SO₄) утворює солі Феруму(II), а не Феруму(III). Запам'ятай: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑, а Fe + H₂SO₄ (розб.) → FeSO₄ + H₂↑. Запис FeCl₃ у цьому випадку — типова помилка.

Коли маєш сплав двох металів, наприклад латунь (Cu + Zn), і обробляєш його хлоридною або розбавленою сульфатною кислотою, реагуватиме лише той метал, що стоїть лівіше від водню. У латуні це цинк: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑, а мідь залишиться нерозчиненою. Це використовують у задачах на визначення складу сплаву.

Важливо: нітратна кислота (HNO₃) будь-якої концентрації та концентрована сульфатна кислота (H₂SO₄ конц.) НЕ виділяють водень під час реакції з металами. Їхні реакції відбуваються за іншими механізмами (утворюються NO, NO₂, SO₂ тощо) — це тема окремого уроку курсу «Неметали й метали».

Кислоти реагують з основними й амфотерними оксидами, а також з основами (лугами й нерозчинними) та амфотерними гідроксидами. Продуктами в усіх цих реакціях є сіль і вода. Ці реакції входять до програми НМТ (тема 2.2.3 «Кислоти»).

Реакції з основними оксидами

Основний оксид + кислота → сіль + вода. Наприклад: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O (чорний купрум(II) оксид розчиняється, утворюючи синій розчин купрум(II) сульфату). Ще один приклад: MgO + 2HNO₃ → Mg(NO₃)₂ + H₂O.

Реакції з амфотерними оксидами

Амфотерні оксиди (ZnO, Al₂O₃) реагують із кислотами так само, як основні: ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O; Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O. Амфотерні оксиди реагують і з лугами — це їхня відмінність, але з кислотами вони поводяться як основні.

Реакції нейтралізації з основами

Основа (луг або нерозчинна основа) + кислота → сіль + вода. Це реакція нейтралізації. Приклади: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O; 2HNO₃ + Cu(OH)₂ → Cu(NO₃)₂ + 2H₂O (нерозчинний блакитний купрум(II) гідроксид розчиняється).

Реакції з амфотерними гідроксидами

Амфотерні гідроксиди (Al(OH)₃, Zn(OH)₂) реагують із кислотами як основи: 3HCl + Al(OH)₃ → AlCl₃ + 3H₂O; 2HCl + Zn(OH)₂ → ZnCl₂ + 2H₂O.

Що НЕ реагує з кислотами

Кислоти, як правило, не реагують із кислотними оксидами (CO₂, SO₂, P₂O₅, SiO₂); відомий виняток — SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O (травлення скла). Не реагують вони й між собою в реакціях обміну. Наприклад, HCl + CO₂ — реакції немає, бо кислотний оксид не взаємодіє з кислотою.

Реакція між кислотою та сіллю — це реакція обміну, яка відбувається лише за певних умов. Загальна схема: кислота + сіль → нова сіль + нова кислота. Реакція можлива, якщо утворюється осад, газ або слабша кислота.

Коли реакція відбувається

Утворення осаду: H₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2HCl (білий нерозчинний осад барій сульфату). HCl + AgNO₃ → AgCl↓ + HNO₃ (білий сирнистий осад аргентум хлориду). 2HNO₃ + Na₂SiO₃ → 2NaNO₃ + H₂SiO₃↓ (гелеподібний осад силікатної кислоти).

Утворення газу: 2HCl + Na₂CO₃ → 2NaCl + H₂O + CO₂↑ (вуглекислий газ). 2HCl + FeS → FeCl₂ + H₂S↑ (сірководень). Важливо: вугільна кислота H₂CO₃ нестійка й одразу розкладається на H₂O та CO₂, тому в продуктах записують саме H₂O + CO₂↑, а не H₂CO₃.

Утворення слабшої кислоти: сильніша кислота (HCl, H₂SO₄, HNO₃) витісняє слабшу (H₂CO₃, H₂SO₃, H₂S, H₂SiO₃) з її солі. Наприклад, 2HCl + Na₂S → 2NaCl + H₂S↑.

Коли реакція НЕ відбувається

Якщо всі продукти розчинні у воді й не утворюється ні осад, ні газ, ні слабша кислота — реакція не йде. Типовий приклад: HCl + Na₂SO₄ → реакції немає, бо всі продукти (NaCl, H₂SO₄) розчинні й сильні. Те саме з HNO₃ + KCl.

Розчинення нерозчинних карбонатів

Нерозчинні й малорозчинні карбонати (CaCO₃ — «Н», MgCO₃ — «М» у таблиці розчинності) майже не розчиняються у воді, але легко реагують із кислотами: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. Це пояснюється тим, що утворюється нестійка вугільна кислота, яка розкладається на воду й газ.

Витіснення леткої кислоти

Нелетка концентрована сульфатна кислота під час нагрівання витісняє летку хлоридну кислоту з твердої кухонної солі: 2NaCl (тв.) + H₂SO₄ (конц.) → Na₂SO₄ + 2HCl↑. Це лабораторний спосіб добування гідроген хлориду.

Існує три основні способи добування кислот, які треба знати для НМТ. Вибір способу залежить від того, чи містить кислота Оксиген, і від доступних реагентів.

1. Кислотний оксид + вода

Так добувають оксигеновмісні кислоти. Кислотний оксид реагує з водою, утворюючи відповідну кислоту: SO₃ + H₂O → H₂SO₄; P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄; N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃. Виняток: силікатну кислоту H₂SiO₃ так добути не можна, бо SiO₂ з водою не реагує.

2. Неметал + водень

Так одержують безоксигенові кислоти. Спочатку синтезують газоподібний гідроген галогенід або гідроген сульфід, а потім розчиняють його у воді: H₂ + Cl₂ → 2HCl (реакція відбувається на світлі, з вибухом); H₂ + S → H₂S (під час нагрівання).

3. Сіль + сильніша або нелетка кислота

Це лабораторний спосіб. Сильніша кислота витісняє слабшу з її солі, або нелетка кислота витісняє летку. Приклади: 2NaCl (тв.) + H₂SO₄ (конц.) → Na₂SO₄ + 2HCl↑ (нагрівання, добування гідроген хлориду). Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓ — це єдиний шкільний спосіб одержати силікатну кислоту, оскільки SiO₂ з водою не реагує.

Приклад 1. Ряд речовин, які реагують з хлоридною кислотою

Завдання: У якому ряді всі речовини реагують із хлоридною кислотою (HCl)?

А) Zn, CuO, AgNO₃ Б) Cu, CO₂, Na₂SO₄ В) Zn, Cu, Na₂CO₃ Г) Ag, CuO, KNO₃

Розв'язання: Перевіряємо кожну речовину за правилами. Zn — метал лівіше від водню, реагує: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑. CuO — основний оксид, реагує: CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O. AgNO₃ — сіль, з якою HCl утворює осад AgCl: HCl + AgNO₃ → AgCl↓ + HNO₃. Отже, ряд А підходить.

Чому інші не підходять: Б — Cu (правіше від водню, не реагує), CO₂ (кислотний оксид, не реагує), Na₂SO₄ (реакція не йде, бо всі продукти розчинні). В — Cu не реагує. Г — Ag не реагує, KNO₃ не дає осаду чи газу з HCl.

Відповідь: А.

Приклад 2. Логічні пари: реагенти → продукти

Завдання: Установи відповідність між реагентами (1–3) і продуктами реакції (А–Д).

1 Fe + HCl 2 Na₂CO₃ + H₂SO₄ 3 Al(OH)₃ + HNO₃

А FeCl₂ і H₂ Б FeCl₃ і H₂ В Na₂SO₄, H₂O і CO₂ Г Al(NO₃)₃ і H₂O Д Na₂SO₄ і H₂CO₃

Розв'язання: 1 — Fe з HCl утворює FeCl₂ (сіль Феруму(II)) і H₂, отже пара 1 → А. 2 — Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑ (H₂CO₃ нестійка), отже 2 → В. 3 — Al(OH)₃ + 3HNO₃ → Al(NO₃)₃ + 3H₂O, отже 3 → Г. Зайві варіанти: Б (FeCl₃ — помилковий продукт) і Д (H₂CO₃ — нестійка, записують H₂O + CO₂).

Відповідь: 1 → А, 2 → В, 3 → Г.

Приклад 3. Сплав міді й цинку з кислотою

Завдання: Сплав міді й цинку обробили надлишком розбавленої сульфатної кислоти. Яка речовина лишилася нерозчиненою?

А) цинк Б) мідь В) обидва метали Г) жоден (усе розчинилося)

Розв'язання: У ряді активності Zn стоїть лівіше від водню, а Cu — правіше. Тому Zn реагує з H₂SO₄ (розб.): Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑, а Cu не реагує. Після обробки надлишком кислоти весь цинк перейде в розчин, а мідь залишиться нерозчиненою.

Відповідь: Б (мідь).

Приклад 4. Добування силікатної кислоти

Завдання: З якої пари речовин можна одержати силікатну кислоту (H₂SiO₃)?

А) SiO₂ і H₂O Б) Si і H₂ В) Na₂SiO₃ і HCl Г) Na₂SiO₃ і NaOH

Розв'язання: SiO₂ не реагує з водою (А — неможливо). Силіцій з воднем безпосередньо не взаємодіє (силан SiH₄ добувають непрямим шляхом), тож силікатної кислоти з цієї пари не одержати (Б — неможливо). Na₂SiO₃ з NaOH не реагує: обидві сполуки містять той самий катіон Na⁺, і обмін не дає ні осаду, ні газу, ні води (Г — неможливо). Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓ — це єдиний шкільний спосіб одержати силікатну кислоту (В — правильно).

Відповідь: В.

• Записують реакцію міді, срібла чи ртуті з хлоридною або розбавленою сульфатною кислотою. Насправді ці метали стоять правіше від водню в ряді активності й не витісняють H₂.

• Вважають, що HCl реагує з Na₂SO₄ чи KNO₃. Помилка: реакція обміну не відбувається, бо не утворюється ні осад, ні газ, ні слабша кислота — усі продукти розчинні й сильні.

• Пишуть Fe + 2HCl → FeCl₃ замість FeCl₂. Запам'ятай: залізо з кислотами-неокисниками (HCl, розбавлена H₂SO₄) утворює солі Феруму(II), а не Феруму(III).

• Записують водень як продукт реакції металу з нітратною кислотою (наприклад, Zn + HNO₃ → H₂). Нітратна кислота будь-якої концентрації не виділяє водень — утворюються оксиди Нітрогену.

• Пишуть реакцію кислоти з кислотним оксидом (наприклад, HCl + CO₂) або SiO₂ + H₂O → H₂SiO₃. Кислотні оксиди не реагують із кислотами, а SiO₂ не розчиняється у воді.

• Залишають H₂CO₃ серед продуктів замість H₂O і CO₂↑. Вугільна кислота нестійка й одразу розкладається, тому в рівняннях завжди пиши H₂O + CO₂↑.

У демоваріанті НМТ 2026 року окремого завдання, де тема 2.2.3 «Кислоти» була б основною, немає. Однак властивості кислот є супутньою темою в завданнях № 8 (визначення складу сплаву за взаємодією з кислотою, ряд активності) і № 11. Обидва завдання — вибір однієї відповіді з чотирьох, 1 бал.

Довідкові матеріали, якими можна користуватися на тесті: ряд активності металів (Li … Au, зокрема Sr, Be, Cr, Cd, Bi) показує, які метали витісняють водень із кислот; таблиця розчинності — чи випаде осад під час реакції із сіллю.

Форми завдань на НМТ з хімії:

• Вибір однієї відповіді з чотирьох (завдання 1–18, 0 або 1 бал) — наприклад, вибрати ряд речовин, які реагують із хлоридною кислотою.

• Логічні пари (завдання 19–20, до 3 балів) — установити відповідність між двома блоками інформації (1–3 → А–Д, дві букви зайві). У демоваріанті 2026 року це були якісні реакції органічних сполук (№ 19) і гідроліз солей (№ 20); вправи «реагенти → продукти» в цьому уроці — тренувальні.

Стратегія розв'язання: для кожної речовини в переліку визнач її клас і перевір умову реакції. Якщо це метал — чи стоїть він лівіше від водню. Якщо оксид чи основа — чи є вони основними або амфотерними. Якщо сіль — чи утворюється осад, газ або слабша кислота.

• Кислота + метал лівіше від водню → сіль + H₂↑ (крім HNO₃ і концентрованої H₂SO₄, які не виділяють водень).

• Кислота + основний чи амфотерний оксид, основа чи амфотерний гідроксид → сіль + вода.

• Кислота + сіль — лише якщо утворюється осад, газ або слабша кислота. Інакше реакції немає.

• Залізо з HCl і розбавленою H₂SO₄ дає солі Феруму(II): FeCl₂, FeSO₄.

• Кислоти одержують: із кислотного оксиду й води (оксигеновмісні, крім H₂SiO₃), із неметалу й водню (безоксигенові), із солі й сильнішої чи нелеткої кислоти.