Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/21.2939 Název projektu: Investice do vzdělání - příslib do budoucnosti Číslo přílohy: VY_číslo šablony_INOVACE_číslo přílohy
Autor Datum vytvoření vzdělávacího materiálu Ročník Vzdělávací oblast/vzdělávací obor Tématický okruh/téma
Metodický list/anotace
Mgr. David Kollert
Mgr. David Kollert Podzim 2011 Osmý Člověk a příroda/chemie Teorie kyselin a zásad, základy názvosloví a indikátory Tento učební materiál ţáky seznamuje se základní charakteristikou kyselin a hydroxidů, dále se zabývá autoprotolýzou vody a zavádí pojem pH
Stránka 1
Autoprotolýza vody Molekuly vody se neustále štěpí na ionty (DISOCIUJÍ), i kdyţ ve velmi malé míře. H2O → H+ + OH- nebo přesněji: (H2O + H2O → H3O+ + OH- ) jedná se o tzv. autoprotolýzu vody
H2O → H+ + OH-
H2O + H2O → H3O+ + OH-
Koncentrace H3O+ a OH- je velice nízká, řádově 1, 01 ∙ 10-7mol.dm3
V případě, ţe se jedná o čistou vodu, je koncentrace H3O+ rovna koncentraci OH-, tedy 10-7 a pH roztoku je 7, roztok je neutrální.
pH = stupnice kyselosti, vyjadřuje koncentraci H O
v roztoku. Koncentrace H3O+ se v běţných roztocích pohybuje v rozmezí 1 – 10 -14 mol∙dm3. 3
Koncentrace H3O+ (H+) -7
-6
-5
Konc. je větší než 10 (10 , 10 , 10
pH -4
…)
Koncentrace je rovna 10 -7 Konc. je menší než 10 -7 (10 -8,10 -9, 10 …)
Mgr. David Kollert
+
Reakce roztoku
pH < 7
Roztok je kyselý
pH = 7
Roztok je neutrální
pH > 7
Roztok je zásaditý
-10
Stránka 2
KYSELINY (dle S. Arrhenia a W. Ostwalda) : jsou to látky, které ve své molekule obsahují atomy vodíku a ve vodném roztoku zvyšují koncentraci H3O+ a tím způsobují kyselost roztoku.
Kyselost vodného roztoku způsobují vodíkové kationy (protony) H+, které vznikají štěpením kyselin při rozpouštění ve vodě. Štěpení látek na ionty se nazývá DISOCIACE. Např: HCl → H+ + Cl HNO3 → H+ + NO3 H2SO4 → H+ + HSO4-
(vzniká kationt vodíku a chloridový aniont) (vzniká kationt vodíku a dusičnanový aniont) (vzniká kationt vodíku a hydrogensíranový aniont)
Kationt vodíku (H+) není schopen samostatné existence a ihned reaguje s molekulou vody za vzniku oxoniového kationtu (hydroxoniového) H3O+ Např:
HCl → H+ + Cl-
H+ + H2O → H3O+
Nebo:
HCl + H2O → H3O+ + Cl-
IONIZACE DVOJSYTNÝCH KYSELIN PROBÍHÁ DO DVOU STUPŇŮ: H2SO4 →
+
→
+
IONIZACE TROJSYTNÝCH KYSELIN PROBÍHÁ DO TŘÍ STUPŇŮ: H3PO4 →
+ + +
Mgr. David Kollert
Stránka 3
KYSLÍKATÉ KYSELINY Jedná se o tříprvkové sloučeniny: ve vzorci je na prvním místě vodík s oxidačním číslem plus jedna, na druhém místě kyselinotvorný prvek (halogen, N, P, S, C, Si, B, Mn…) s oxidačním číslem, které odpovídá koncovce v názvu kyseliny a na posledním místě je umístěn atom kyslíku s oxidačním číslem mínus dva.
Při tvoření vzorce kyseliny vycházíme z toho, že počet záporných nábojů v molekule kyseliny musí odpovídat počtu kladných nábojů, aby molekula byla navenek elektroneutrální. kyselina dusičná: HI NV O3-II → HNO3 počet kladných nábojů je [1 + 5 = +6] počet záporných nábojů je [-2 . 3 = -6] kyselina sírová: H2I SVI O4-II
→ H2SO4 počet kladných nábojů je [2.1 + 6 = 8] počet záporných nábojů je [4 . -2 = -8]
Pokud je v molekule kyseliny vázáno více atomů vodíku, vyjadřujeme jejich počet číslovkovými předponami (di-, tri-, tetra-) a latinským názvem vodíku – hydrogen. Např: kyselina trihydrogenfosforečná H3PO4 (u kyseliny sírové, siřičité, uhličité…..počet atomů vodíku neuvádíme) KYSELINY SE DĚLÍ PODLE POČTU VODÍKU V MOLEKULE NA :
jednosytné (HNO2 ,HNO3 ,HClO3 ,HClO4) dvojsytné (H2SO3 ,H2SO4 ,H2CO3) trojsytné (H3PO4) REAKCE ZŘEDĚNÉ KYSELINY SÍROVÉ :
s neušlechtilými kovy reaguje kyselina za vzniku soli a vodíku Zn + H2SO4 → H2 + ZnSO4 Fe + H2SO4 → H2 + FeSO4 s mědí zředěná kyselina sírová nereaguje (ušlechtilý kov)
reakce kyseliny s oxidy kovů za vzniku vody a soli ZnO + H2SO4 → H2O + ZnSO4 CuO + H2SO4 → H2O + CuSO4 REAKCE ZŘEDĚNÉ KYSELINY CHLOROVODÍKOVÉ : s neušlechtilými kovy reaguje jako kys. sírová 2HCl + Zn → H2 + ZnCl2 2HCl + Fe → H2 + FeCl2 s mědí zředěná kys. chlorovodíková nereaguje
Mgr. David Kollert
Stránka 4
BEZKYSLÍKATÉ KYSELINY Jsou to kyseliny, jejichţ molekulu tvoří pouze atom vodíku a další nekovový prvek (halogen). Jejich názvy se skládají z podstatného jména kyseliny a z přídavného jména, které vznikne tak, ţe k názvu sloučeniny vodíku s nekovovým prvkem se přidá zakončení –ová. HCl HF HBr HI H2S
kyselina chlorovodíková (kyselina solná) kyselina fluorovodíková kyselina bromovodíková kyselina jodovodíková sulfan (sirovodík) ve vodném prostředí má téţ kyselé vlastnosti H2S +H2O → H3O+ + HS-
HCN kyselina kyanovodíková
Tabulka koncovek kyslíkatých kyselin oxidační č. I II III IV V VI VII VIII
koncovka - ná - atá - itá - ičitá - ičná - ečná - ová - istá - ičelá
příklad kyselina bromná kyselina olovnatá kyselina boritá kyselina uhličitá kyselina dusičná kyselina chlorečná kyselina sírová kyselina jodistá kyselina osmičelá
vzorec H+IBr+IO-II H2+IPb+IIO2-II H+IB+IIIO2-II H2+IC+IVO3-II H+IN+VO3-II H+ICl+VO3-II H2+IS+VIO4-II H+II+VIIO4-II H2+IOs+VIIIO5-II
Přehled důležitých kyselin: H2SO4 KYSELINA SÍROVÁ (VITRIOL PO STARU ) Vlastnosti: hustá, viskózní kapalina, neomezeně mísitelná s vodou (při mísení s vodou vţdy přidávám kyselinu do vody, jinak můţe dojít k výbuchu) Výroba: oxidace SO2 na SO3 pomocí katalyzátoru oxidu vanadičného (SO2 se získá například praţením pyritu či spalováním síry) S + O2 → SO2 ... SO2 + O2 (H2S2O7) oleum – dýmavá kyselina Mgr. David Kollert
SO3…SO3 + H2O (v 96 % H2SO4)
→
H2SO4
Stránka 5
Pouţití: výroba hnojiv, zpracování ropy, výroba barev, mýdla, výroba přírodního kaučuku, umělá vlákna, zpracování kovů
HNO3 KYSELINA DUSIČNÁ Vlastnosti: silná kyselina, silné oxidační činidlo Výroba: oxidace amoniaku NH3 + O2 rhenium)
NO + H2O (katalyzátorem je platina,
NO + O2 → NO2 …….NO2 + H2O → HNO3 + NO Pouţití: nejvíce na výrobu ledků (hnojiv..NH4NO3), v organické chemii, výbušniny, pyrotechnika H3PO4 KYSELINA TRIHYDROGENFOSFOREČNÁ Pouţití: výroba fosforečných hnojiv, potravinářský průmysl, zubní pasty, úprava povrchu kovů (fosfatování), prací prašky (ve velmi zředěném stavu je netoxická proto ochucovadlo pro šumivé nápoje typu coca coly. Výroba: oxidace fosforu a reakce s vodou P4 + O2 → P2O5 (P4O10)…..+ H2O → H3PO4 HCl KYSELINA CHLOROVODÍKOVÁ (KYSELINA SOLNÁ ) Vlastnosti: bezbarvá velmi těkavá kapalina, vzniká zaváděním chlorovodíku do vody. Nachází se v ţaludečních šťávách. Chlorovodík se připravuje reakcí kyseliny sírové s chloridem sodným NaCl + H2SO4 → HCl + NaHSO4 Nebo přímou synthesou H2 + Cl2 → 2HCl Pouţití: úprava kovů (moření kovů), čistící prostředky, dobře rozpouští vodní kámen CaCO3 + HCl → H2O + CaCl2 + CO2
Mgr. David Kollert
Stránka 6
HYDROXIDY Jedná se o tříprvkové sloučeniny, které obsahují hydroxidové aniony OH- vázané na kationty kovu ( Na, K, Al, Pb, Cu, Li, Ca, Ba, Fe….), (popř. na amonný kation NH4+).
Jedná se o látky, které ve vodném prostředí zvyšují koncentraci OH- , mají schopnost odštěpit skupinu OHTabulka koncovek hydroxidotvorných prvků Ox. č. I II II IV
Koncovka - ný - natý - itý - ičitý
Příklad hydroxid draselný hydroxid vápenatý hydroxid ţelezitý hydroxid manganičitý
Vzorec K+IOH-I Ca+II(OH)2-I Fe+III(OH)3-I Mn+IV(OH)4-I
NaOH → Na+ + OHCa(OH)2 → Ca2+ + 2OHVzorec hydroxidu vytvoříme z jeho názvu tak, ţe ke značce prvku připojíme tolik skupin OH- , jaké hodnotě oxidačního čísla odpovídá zakončení přídavného jména. Skupina OH- v hydroxidech má oxidační číslo –I. V případě, ţe atom kovu má oxidační číslo I skupinu OH nedáváme do závorky. KOH HYDROXID DRASELNÝ , NaOH HYDROXID SODNÝ (jejich roztoky se nazývají téţ louhy), jsou to bílé, pevné, ve vodě dobře rozpustné látky. Pouţívají se při výrobě papíru, mýdel, plastů……….. Výroba: elektrolýzou Na2CO3 (bezvodá soda) nahrazuje v mnoha případech NaOH při výrobě papíru, mýdla, pracích prášků dále se pouţívá na výrobu skla, či odsiřování elektráren. Dnes se jako soda na praní jiţ moc nepouţívá (nahrazena detergenty), ale stále se pouţívá NaHCO3
Mgr. David Kollert
Stránka 7
Ca (OH)2
HYDROXID VÁPENATÝ
(hašené vápno) pevná bílá látka, ve vodě méně rozpustná. Výroba: 1, pálení vápence (ve vápenkách)
CaCO3
CaO (pálené vápno) + CO2
2, hašení páleného vápna CaO + H2O → Ca (OH)2 3, tvrdnutí vápenné malty Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
AMONIAK (ČPAVEK) NH3: Amoniak je plynná látka velice silně zapáchající, leptá pokoţku, je silně jedovatý, vzniká rozkladem rostlinných a ţivočišných zbytků a reaguje s vodou za vzniku hydroxidu amonného. NH3 + H2O → NH4OH Pouţití: výroba kyseliny dusičné, výroba průmyslových hnojiv, barviv a sody, důleţité rozpouštědlo Výroba: N2 + H2
NH3 (400°C, 20 MPa, katalyzátorem je ţelezo)
DALŠÍ HYDROXIDY : h. měďnatý h. lithný h. ţeleznatý h. hlinitý
Cu(OH)2 LiOH Fe(OH)2 Al(OH)3
ZÁSADOTVORNÉ A KYSELINOTVORNÉ OXIDY 1. Oxidy, které reagují s vodou za vzniku kyseliny, nazýváme kyselinotvorné (SO2, P2O5, SO3, CO2, NO2….) CO2 + H2O → H2CO3 NO2 + H2O → HNO3 SO2 + H2O → H2SO3 2. Oxidy, které reagují s vodou za vzniku hydroxidů, jsou zásadotvorné oxidy. CaO + H2O → Ca(OH)2 K2O + H2O → KOH
Mgr. David Kollert
Stránka 8
INDIKÁTORY Kyselost a zásaditost roztoků určujeme nejčastěji pomocí acidobazických indikátorů. Tyto indikátory slouţí k rychlému a přibliţnému určování hodnot pH roztoků. Jsou to organické látky, které při určité kyselosti roztoku změní své zabarvení v určitém rozsahu pH a tím i zabarvení roztoku.
indikátor
Kyselý roztok
Zásaditý roztok
Fenolftalein Tymolová modř metyloranţ
Bezbarvý Červená červená
Červený Ţlutý ţlutý
V praxi se pouţívá směsi indikátorů = univerzální indikátor
Mgr. David Kollert
Stránka 9
Pracovní list: Napiš schéma disociace molekuly vody:
Doplň tabulku
Koncentrace H3O+ (H+)
pH
Reakce roztoku
Proveď rozdělení kyselin podle počtu vodíku v molekule:
Charakterizuj hydroxidy, uveď příklad:
Pracovní list: Mgr. David Kollert
Stránka 10
Řešení Napiš schéma disociace molekuly vody:
H2O → H+ + OH-
H2O + H2O → H3O+ + OH-
Doplň tabulku
Koncentrace H3O+ (H+) -7
-6
-5
Konc. je větší než 10 (10 , 10 , 10
pH -4
…)
Konc. je rovna 10 -7 Konc. je menší než 10 -7 (10 -8,10 -9, 10 …)
Reakce roztoku
pH < 7
Kyselá
pH = 7
Roztok je neutrální
pH > 7
Roztok je zásaditý
-10
Proveď rozdělení kyselin podle počtu vodíku v molekule:
jednosytné (HNO2 ,HNO3 ,HClO3 ,HClO4)
dvojsytné (H2SO3 ,H2SO4 ,H2CO3)
trojsytné
(H3PO4)
Charakterizuj hydroxidy a uveď příklad:
Hydroxidy mají schopnost ve vodném roztoku uvolňovat hydroxidové anionty OHMg (OH)2 → Mg+2 + OHMgr. David Kollert
NaOH → Na+ + OH-
NH4 OH → NH4+ + OHStránka 11
