Хімічні властивості кислот
~20 хв · 9 розділів · 11 тестових запитань
Прогнозуй, як розбавлені кислоти взаємодіють з металами (за рядом активності), основними й амфотерними оксидами, основами та солями, і добирай способи одержання кислот — ці знання потрібні в завданнях НМТ, де властивості кислот є супутньою темою.
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.
Чому мідь не реагує з хлоридною кислотою, а з нітратною — реагує?
Мідь стоїть у ряді активності правіше від водню, тому вона не може витіснити водень із HCl чи розбавленої H₂SO₄ — це кислоти-неокисники. Нітратна кислота (HNO₃) — сильний окисник незалежно від концентрації. Вона окиснює мідь не за рахунок йонів H⁺, а за рахунок нітрат-йона NO₃⁻, який відновлюється до NO, NO₂ тощо. Тому мідь реагує з HNO₃, але водень при цьому не виділяється.
Чому залізо з хлоридною кислотою дає FeCl₂, а не FeCl₃?
Хлоридна та розбавлена сульфатна кислоти є кислотами-неокисниками. Їхня окисна здатність обмежена йонами H⁺, які можуть окиснити залізо лише до ступеня +2. Для окиснення до Fe³⁺ потрібен сильніший окисник, наприклад, нітратна кислота, концентрована сульфатна кислота (під час нагрівання) або хлор. Тому з HCl та розбавленою H₂SO₄ залізо завжди утворює солі Феруму(II).
Як зрозуміти, що реакція кислоти із сіллю відбудеться?
Реакція кислоти із сіллю (реакція обміну) відбувається, якщо виконується хоча б одна з трьох умов: 1) утворюється осад (перевір за таблицею розчинності); 2) утворюється газ (CO₂, SO₂, H₂S; із твердої солі під дією концентрованої H₂SO₄ під час нагрівання — HCl); 3) утворюється слабша кислота (H₂CO₃, H₂SO₃, H₂S, H₂SiO₃). Якщо жодна з умов не виконується — наприклад, HCl + Na₂SO₄ → NaCl + H₂SO₄, де всі продукти розчинні й сильні, — реакція не відбувається.
Чому CaCO₃ розчиняється в кислоті, хоча у воді він нерозчинний?
CaCO₃ — нерозчинна сіль (кальцій карбонат). У воді вона практично не дисоціює. Однак під дією кислоти (наприклад, HCl) відбувається хімічна реакція: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. Утворюється нестійка вугільна кислота H₂CO₃, яка розкладається на H₂O та CO₂. Видалення газу зміщує рівновагу в бік продуктів, тому реакція йде до кінця, і твердий CaCO₃ поступово розчиняється.
Чи реагує кислота з кислотним оксидом?
Як правило, ні. Кислотні оксиди (CO₂, SO₂, SO₃, P₂O₅) реагують із лугами та з водою, утворюючи кислоти; SiO₂ реагує з лугами (під час сплавляння), але з водою не реагує. З кислотами кислотні оксиди в реакції обміну не вступають (виняток — SiO₂ + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂O). Наприклад, HCl + CO₂ → реакції немає. Так само кислоти не реагують між собою в реакціях обміну.
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.