Охарактеризуйте реакцию нейтрализации. Специфика протекания процесса химической нейтрализации

Взаимодействие кислоты и основания с образованием соли и воды называется реакцией нейтрализации. Обычно подобные реакции протекают с выделением тепла.

Общее описание

Суть нейтрализации состоит в том, что кислота и основание, обмениваясь активными частями, нейтрализуют друг друга. В результате образуется новое вещество (соль) и нейтральная среда (вода).

Простым и наглядным примером реакции нейтрализации является взаимодействие соляной кислоты и гидроксида натрия:

HCl + NaOH → NaCl + H 2 O.

Если опустить лакмусовую бумажку в раствор соляной кислоты и гидроксида натрия, то она окрасится в фиолетовый цвет, т.е. покажет нейтральную реакцию (красный - кислая среда, синий - щелочная среда).

Раствор двух активных соединений превратился в воду за счёт обмена натрием и хлором, поэтому ионное уравнение данной реакции выглядит следующим образом:

H + + OH - → H 2 O.

После нагревания получившегося раствора вода испарится, а в пробирке останется поваренная соль - NaCl.

Рис. 1. Образование соли после выпаривания.

В подобных реакциях вода - обязательный продукт.

Примеры

Реакция нейтрализации может происходить между сильными и слабыми кислотами и щелочами. Рассмотрим два типа реакций:

необратимые реакции - образованная соль не распадается на составляющие вещества - кислоту и щёлочь (протекают в одну сторону);
обратимые реакции - образованные соединения способны распадаться на изначальные вещества и вновь взаимодействовать (протекают в обе стороны).

Примером первого вида реакций является взаимодействие сильной кислоты с сильным основанием:

H 2 SO 4 + 2KOH → K 2 SO 4 + 2H 2 O;
HNO 3 + KOH → KNO 3 + H 2 O.

Обратимые реакции протекают при нейтрализации слабой кислоты сильным основанием, а также слабого основания слабой кислотой:

H 2 SO 3 + 2NaOH ↔ Na 2 SO 3 + 2H 2 O;
Fe(OH) 3 + H 3 PO 4 ↔ FePO 4 + 3H 2 O.

Слабые нерастворимые или слаборастворимые основания (Fe(OH) 3 , Fe(OH) 2 , Mg(OH) 2 , Zn(OH) 2) также нейтрализуются сильной кислотой. Например, гидроокись меди не растворяется в воде, но при взаимодействии с азотной кислотой образует соль (нитрат меди) и воду:

Cu(OH) 2 + 2HNO 3 ↔ Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O.

Рис. 2. Взаимодействие гидроокиси меди с кислотой.

Реакции нейтрализации экзотермичные, они протекают с выделением тепла.

Использование

Реакции нейтрализации - основа титриметрического анализа или титрования. Это метод количественного анализа концентрации веществ. Метод используется в медицине, например, для определения кислотности желудочного сока, а также в фармакологии.

Рис. 3. Титрование.

Кроме того, важно практическое применение нейтрализации в лаборатории: при проливе кислоты её можно нейтрализовать щёлочью.

Что мы узнали?

Реакция, при которой кислота и основание образуют соль и воду, называется нейтрализацией. Эта реакция возможна между любыми кислотами и основаниями: сильной кислотой и сильной щёлочью, слабой кислотой и слабым основанием, сильным основанием и слабой кислотой, слабым основанием и сильной кислотой. Реакция протекает с выделением тепла. Нейтрализация применяется в медицине и фармакологии.

Существующее в неорганической химии понятие “реакция нейтрализации” подразумевает химический процесс, в котором взаимодействуют вещества с кислотными и основными свойствами, в результате чего происходит потеря участниками реакции и тех и других характерных химических свойств. Реакция нейтрализации в микробиологии имеет то же глобальное значение, продукты ее теряют свои биологические свойства. Но, разумеется, это совершенно иной процесс с другими участниками и итогами. И биологическое свойство, о котором идет речь и которое прежде всего интересует врачей и ученых, — это способность микроорганизма вызывать заболевание или гибель восприимчивого животного.

Области применения

Чаще всего этот метод исследования используется для идентификации вирусов, то есть диагностики вирусных заразных болезней. Причем тест может быть направлен как на выявление самого возбудителя, так и антител к нему.

В бактериологии эту методику обычно применяют для выявления антител к ферментам бактерий, таких как антистрептолизины, антистафилолизины, антистрептокиназы.

Каким образом проводится этот тест

Реакция нейтрализации основана на способности антител — особых иммунных белков крови — нейтрализовать антигены — чужеродные агенты, попадающие в организм. Если необходимо обнаружение возбудителя и его идентификация, тогда смешивают стандартную иммунную сыворотку, содержащую антитела, с биологическим материалом. Полученная смесь выдерживается в термостате нужное время и вводится в живую восприимчивую систему.

Таковыми являются лабораторные животные (крысы, мыши), куриные эмбрионы, культуры клеток. При отсутствии биологического действия (болезни или смерти животного) можно сделать вывод о том, что это именно тот вирус, стандартную сыворотку к которому использовали. Так как, как уже было сказано, признаком того, что реакция прошла, является потеря вирусом биосвойств (способности вызывать смерть животного) вследствие взаимодействия антител сыворотки и антигенов вируса. При определении токсических веществ алгоритм действий тот же, но есть варианты.

Если исследуют какой-либо субстрат, содержащий токсин, тогда его смешивают со стандартной сывороткой. В случае изучения последней применяют контрольное токсическое вещество. Чтобы пошла реакция нейтрализации, эта смесь также инкубируется заданное время и вводится восприимчивой системе. Техника оценки результата точно такая же.

В медицинской и ветеринарной практике используемая как диагностический тест реакция нейтрализации вирусов проводится в так называемой методике парных сывороток.

Это способ подтверждения диагноза какого-либо вирусного заболевания. Для его проведения у больного человека или животного берут дважды — в начале заболевания и через 14-21 дней после этого.

Если после проведения теста обнаруживается увеличение количества антител к вирусу в 4 и более раза, то диагноз можно считать подтвержденным.

Реакция нейтрализации считается одной из важнейших для кислот и оснований. Именно это взаимодействие предполагает образование воды в качестве одного из продуктов реакции.

Механизм

Проанализируем уравнение реакции нейтрализации на примере взаимодействия гидроксида натрия с соляной (хлороводородной) кислотой. Катионы водорода, образующиеся в результате диссоциации кислоты, связываются с гидроксид-ионами, которые образуются при распаде щелочи (гидроксида натрия). В итоге между ними протекает реакция нейтрализации

H+ + OH- → H 2 O

Характеристика химического эквивалента

Кислотно-основное титрование взаимосвязано с нейтрализацией. Что такое титрование? Это способ вычисления имеющейся массы основания либо кислоты. Он предполагает измерение количества щелочи либо кислоты с известной концентрацией, которое необходимо брать для полной нейтрализации второго реагента. Любая реакция нейтрализации предполагает применение такого термина как «химический эквивалент».

Для щелочи это то количество основания, которое в случае полной нейтрализации образует один моль гидроксид ионов. Для кислоты химический эквивалент определяется количеством, выделяемым при нейтрализации 1 моль катионов водорода.

Реакция нейтрализации протекает в полном объеме в том случае, если в исходной смеси находится равное количество химических эквивалентов основания и кислоты.

Грамм-эквивалентом считается масса основания (кислоты) в граммах, которые способны образовывать один моль гидроксид-ионов (катионов водорода). Для одноосновной кислоты (азотной, соляной), которые при распаде молекулы на ионы высвобождают по одному катиону водорода, химический эквивалент аналогичен количеству вещества, а 1 грамм-эквивалент соответствует молекулярной массе вещества. Для двухосновной серной кислоты, образующей в процессе электролитической диссоциации два катиона водорода, один моль соответствует двум эквивалентам. Поэтому в кислотно-основном взаимодействии ее грамм-эквивалент равен половине относительной молекулярной массы. Для трехосновной фосфорной кислоты при полной диссоциации, образующей три катиона водорода, один грамм-эквивалент будет равен трети относительной молекулярной массы.

Для оснований принцип определения аналогичен: грамм-эквивалент зависит от валентности металла. Так, для щелочных металлов: натрия, лития, калия - искомая величина совпадает с относительной молекулярной массой. В случае расчета грамм-эквивалента гидроксида кальция, данная величина будет равна половине относительной молекулярной массы гашеной извести.

Пояснение механизма

Попробуем понять, что представляет собой реакция нейтрализации. Примеры такого взаимодействия можно взять разные, остановимся на нейтрализации азотной кислоты гидроксидом бария. Попробуем определить массу кислоты, в которой нуждается реакция нейтрализации. Примеры расчетов приведем ниже. Относительная молекулярная масса азотной кислоты составляет 63, а гидроксида бария 86. Определяем число грамм-эквивалентов основания, содержащегося в 100 граммах. 100 г делим на 86 г/экв и получаем 1 эквивалент Ba(OH) 2 . Если рассматривать данную проблему через химическое уравнение, то можно составить взаимодействие следующим образом:

2HNO 3 + Ba(OH) 2 → Ba(NO 3) 2 + 2H 2 O

По уравнению отчетливо видна вся химия. Реакция нейтрализации здесь протекает полностью в том случае, когда два моль кислоты вступают в реакцию с одним моль основания.

Особенности нормальной концентрации

Ведя речь о нейтрализации, часто используют нормальную концентрацию основания или щелочи. Что представляет собой данная величина? Нормальность раствора демонстрирует то количество эквивалентов искомого вещества, которое существует в одном литре его раствора. С ее помощью проводят количественные вычисления в аналитической химии.

Например, если нужно определить нормальность и молярность 0,5 литра раствора, полученного после растворения 4 граммов гидроксида натрия в воде, сначала необходимо определить относительную молекулярную массу гидроксида натрия. Она составит 40, молярная масса будет 40 г/моль. Далее определяем количественное содержание в 4 граммах вещества, для этого делим массу на молярную, то есть, 4 г:40 г/моль, получаем 0,1 моль. Поскольку молярная концентрация определяется отношением количества моль вещества к общему объему раствора, можно вычислить молярность щелочи. Для этого 0,1 моль делим на 0,5 литра, в итоге получаем 0,2 моль/л, то есть, 0,2 М щелочи. Так как основание является однокислотным, его молярность численно равна нормальности, то есть соответствует 0,2 н.

Заключение

В неорганической и органической химии реакция нейтрализации, протекающая между кислотой и основанием, имеет особое значение. Благодаря полной нейтрализации исходных компонентов происходит реакция ионного обмена, полноту которой можно проверить с помощью индикаторов на кислую и щелочную среду.

Урок посвящен изучению реакции между противоположными по свойствам веществами - кислотами и основаниями. Такие реакции называют реакциями нейтрализации. В ходе урока вы научитесь по формуле соли составлять ее название, и по названию соли записывать ее формулу.

Тема: Классы неорганических веществ

Урок: Реакция нейтрализации

Если смешать одинаковые количества соляной кислоты и гидроксида натрия, то образуется раствор, в котором среда будет нейтральной, т.е. в нем не будет присутствовать ни кислота, ни щелочь. Запишем уравнение реакции между соляной кислотой и гидроксидом натрия, если в результате образуются хлорид натрия и вода.

При взаимодействии 1 моль хлороводорода (HCl) и 1 моль гидроксида натрия (NaOH) образуется 1 моль хлорида натрия (NaCl) и 1 моль воды (Н 2 О). Обратите внимание, в процессе данной реакции два сложных вещества обмениваются своими составными частями и образуются два новых сложных вещества:

NaOH+HCl=NaCl+H 2 O

Реакции, в ходе которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями, называют реакциями обмена .

Частный случай реакции обмена – реакция нейтрализации.

Реакция нейтрализации - это взаимодействие кислоты с основанием.

Схема реакции нейтрализации: ОСНОВАНИЕ + КИСЛОТА = СОЛЬ + ВОДА

Нерастворимые в воде основания тоже могут растворяться в растворах кислот. В результате этих реакций образуются соли и вода. Уравнение реакции взаимодействия гидроксида меди (II) с серной кислотой:

Cu(OH) 2 +H 2 SO 4 = CuSO 4 + 2H 2 O

Вещество с химической формулой CuSO 4 относится к классу солей. Формулу этой соли мы составили, зная, что валентность меди в данном процессе равна II, и валентность SO 4 тоже равна II. А вот как назвать это вещество?

Название соли состоит из двух слов: первое слово – название кислотного остатка (эти названия приведены в таблице в учебнике, их надо выучить), а второе слово – название металла. Если валентность металла переменная, то она указывается в скобках.

Итак, вещество с химической формулой CuSO 4 называется сульфат меди(II).

NaNO 3 – нитрат натрия;

K 3 PO 4 – фосфат (ортофосфат) калия.

А теперь, выполним обратное задание: составим формулу соли по ее названию. Составим формулы следующих солей: сульфата натрия; карбоната магния; нитрата кальция.

Чтобы правильно составить формулу соли, сначала запишем символ металла и формулу кислотного остатка, сверху укажем их валентности. Найдем НОК значений валентностей. Разделив НОК на каждое из значений валентности, найдем число атомов металла и число кислотных остатков.

Обратите внимание, что если кислотный остаток состоит из группы атомов, то при написании формулы соли формула кислотного остатка записывается в скобках, а число кислотных остатков обозначается за скобкой соответствующим индексом.

1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й кл.: к учеб. П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. – М.: АСТ: Астрель, 2006. (с.106)

2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с.107-108)

3. Химия. 8 класс. Учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. – М.:Астрель, 2013. (§33)

4. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (§39)

5. Химия: неорг. химия: учеб. для 8 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§§31,32)

6. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.

Дополнительные веб-ресурсы

2. Индикаторы в реакциях нейтрализации. Титрование ().

Домашнее задание

1) с. 107-108 №№ 4,5,7 из Рабочей тетради по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006.

2) с.188 №№ 1,4 из учебника П.А. Оржековского, Л.М. Мещеряковой, М.М. Шалашовой «Химия: 8кл.», 2013 г.

Cтраница 2

Реакции нейтрализации, в которых участвует слабая кислота или слабое основание, протекают не полностью, только до установления равновесия.

Реакции нейтрализации являются экзотермическими процессами (Н ОН-Н2О 57 3 кДж), следовательно, гидролиз солей эн-дотермичен.

Реакции нейтрализации являются экзотермическими процессами (Н ОН - Н2О 57 3 кДж), следовательно, гидролиз солей эндотермичен.

Реакция нейтрализации - это химическая реакция между веществом, имеющим свойства кислоты, и веществом, имеющим свойства основания, которая приводит к потере характерных свойств обоих соединений. Наиболее типичная реакция нейтрализации в водных растворах происходит между гидратированными ионами водорода и ионами гидро-ксила, содержащимися соответственно в сильных кислотах и основаниях: Н ОН-Н2О.

Реакция нейтрализации протекает не только в водных, но и в неводных растворах. Химическая природа неводного растворителя влияет на состояние ионов в растворе и на степень диссоциации. Одно и то же вещество может быть в одном растворителе солью, в другом кислотой, в третьем основанием.

Реакция нейтрализации сопровождается выделением теплоты; поэтому термометр Бекмана предварительно устанавливают таким образом, чтобы в начале опыта ртуть в капилляре термометра была в нижней части шкалы. После того как будет собран калориметр, определяют его постоянную (см. предыдущую работу), вставив в крышку калориметра пустую ампулу.

Реакции нейтрализации протекают с выделением тепла. Однако количество тепла, высвобождаемого при смешении разбавленных кислот и щелочей, трудно оценить на ощупь. Концентрированные же кислоты и основания ни в коем случае не следует смешивать друг с другом. Такая смесь становится настолько горячей, что начинает кипеть и сильно расплескиваться.

Реакции нейтрализации играют решающую роль при формовании, так как они предопределяют кинетику осаждения и структуру образующейся нити. Кроме того, в результате реакции нейтрализации ряд продуктов переходит в неустойчивую форму и разлагается.

Реакция нейтрализации щелочью нафтеновых кислот и фенолов имеет обратимый характер. Нафтенаты и феноляты в присутствии воды гидролизуются, образуя исходные продукты. Степень гидролиза зависит от условий процесса. Она увеличивается с повышением температуры и понижается с ростом концентрации раствора щелочи. Щелочную очистку целесообразно проводить при невысоких температурах, используя концентрированные растворы.

Реакции нейтрализации, протекающие в водных растворах, аналогичны реакциям, происходящим в неводных средах.

Реакция нейтрализации представляет собой ионообменную реакцию и проходит моментально. В отличие от нее реакция этерификации не является ионообменной и протекает медленнее. И реакция образования этилатов, и реакция этерификации обратимы, а следовательно, ограничены состоянием равновесия.