В разгледаните досега протолитични взаимодействия (йонизация на слаби електролити и хидролиза на солни йони) водата е задължителен компонент, чиито молекули, проявявайки свойствата на амфолит, действат или като донор, или като акцептор на протон, осигурявайки появата на тези взаимодействия. Сега помислете за прякото взаимодействие на киселини и основи помежду си, т.е. реакции на неутрализация.
Реакцията на неутрализация е протолитична реакция между киселина и основа, която води до образуването на сол и вода.
В зависимост от силата на участващите киселина и основа, реакцията на неутрализация може да бъде практически необратима или обратима в различна степен.
Когато всяка силна киселина взаимодейства с всяка силна основа (алкали), поради факта, че тези реагенти са напълно дисоциирани на йони, същността на такава реакция, независимо от естеството на реагентите, се изразява чрез същото молекулярно-йонно уравнение :
В процеса на неутрализация на силна киселина с основа, рН на системата се променя, съответстващо на кривата на неутрализация, показана на фиг. 8.1. Кривата на неутрализация в този случай се характеризира с голям и рязък рН скок близо до състоянието на еквивалентност (Veq) - Средата на този скок съответства на точката на еквивалентност, при която [H + ] = [OH-] = = 1 10 - 7 mol / l, т.е. pH = 7.
Характерни особеностиреакциите на неутрализация на силна киселина с алкали и обратно са:
необратимост;
екзотермичност ( H 0= -57,6 kJ/mol);
Много висока скорост, тъй като взаимодействат само подвижните йони H + и OH-;
Скокът на pH по време на неутрализацията е голям и рязък;
Точка на еквивалентност при pH = 7.
Тези характеристики на реакцията на неутрализация между силни киселини и основи осигуряват широкото й използване в аналитичната практика за количествено определяне на киселини и основи в изследваните обекти.
Най-често срещаният случай на реакция на неутрализация е взаимодействието на киселини и основи, които се различават по сила. Помислете за неутрализацията на слаба киселина НА със силна основа (алкали):
Тъй като HA и H 2 0 са слаби електролити, протолитичното равновесие възниква поради конкуренцията за протон между силните бази OH- и A- и следователно следните характеристики ще бъдат характерни за тази реакция на неутрализация:
обратимост;
Скокът на рН по време на неутрализацията е малък и по-малко остър (фиг. 8.2), а с намаляване на силата на киселината той намалява и се изглажда;
Точката на еквивалентност е при рН> 7, тъй като реакцията на хидролиза на аниона протича в системата с образуването на ОН-аниони, които са толкова по-големи, колкото по-слаба е киселината;
V E KB),когато се добавят 50% алкали и [HA] = [A-], стойността на pH в системата е числено равна на стойността РК атази слаба киселина.
Последната позиция следва от уравнението: pH = РК а+lg ([A-]/[ON]),според който при [A - ] = [HA] pH = РК а(защото lg([A-]/[HA]) = 0). Това обстоятелство позволява не само да се определи стойността РК аслаба киселина, но и решаване на обратната задача: по стойност РК аопредели коя слаба киселина има в системата.
Реакциите на неутрализация на основи с различна сила със силна киселина (фиг. 8.3) се характеризират с характеристики на равновесни протолитични процеси, подобни на тези, дадени по-горе. Трябва обаче да разберете и запомните, че следните характеристики са характерни за неутрализиране на слаби основи:
- 
точката на еквивалентност е при pH< 7 из-за протекающей параллельно реакции гидролиза по катиону с образованием катионов Н + ;
В състояние на полунеутрализиране (1/2 V E KB),когато се добави 50% киселина и [B] = [BH +], стойността на pH в системата е числено равна на стойността на pKa на (BH +) спрегната киселина на дадената слаба основа.
По този начин изследването на реакцията на неутрализация дава възможност да се определи не само съдържанието на киселини и основи в системата, но и стойността РК аслаби електролити, включително протеини, както и техните изоелектрични точки.
Киселинно-базовите реакции са реакции на неутрализация
Реакция на неутрализацияРеакцията на киселина и основа за образуване на сол и вода се нарича.
Например, когато калиев хидроксид се добави към солна киселина, възниква следната реакция:
KOH + HCl \u003d KCL + H 2 O OH - + H +
Реакцията на неутрализация протича необратимо само когато силна киселина взаимодейства със силна основа, т.к в този случай единственият слаб електролит в реакционната смес е реакционният продукт, водата. Ако в този случай киселината и основата се вземат строго в стехиометрични количества, тогава средата в получения разтвор на сол ще бъде неутрална.
Реакцията на неутрализация протича по различен начин с участието на слаби киселини (HNO 2, CH 3 COOH, H 2 SO 3) или слаби основи (NH 3 * H 2 O, Mg (OH) 2, Fe (OH) 2).
HNO 2 + KOH ↔ KNO 2 + H 2 O
HNO 2 + K + + OH - ↔ K + + NO - 2 + H 2 O
HNO 2 + OH - ↔ NO 2 - + H 2 O
Съгласно редуцираното уравнение на йонно-молекулярната реакция се вижда, че в реакционната система има слаби електролити не само сред реакционните продукти (H 2 O), но и сред изходните материали (HNO 2), което показва обратимостта на реакцията. Но тъй като водата е най-слабият електролит, реакцията спонтанно се измества силно надясно, към образуването на сол.
Нека да разгледаме няколко примера.
Пример 1Изберете от изброените киселини и основи: HNO 2, HNO 3, H 2 SO 3, Ba (OH) 2, LiOH, Mn (OH) 2 - тези, чиито двойки взаимодействия съответстват на реакцията на неутрализация, протичаща съгласно уравнението: H + + OH - \u003d H 2 O. напишете молекулярните уравнения на възможните реакции.
Отговор.Този процес съответства на взаимодействието на силна киселина със силна основа. Сред изброените съединения силна киселина е HNO 3, силни основи са Ba (OH) 2 и LiOH. Уравненията за възможните реакции са както следва:
2HNO 3 + Ba(OH) 2 = Ba(NO 3) 2 + 2H 2 O
HNO 3 + LiOH \u003d LiNO 3 + H 2 O
Пример 2Разтворът съдържа смес от HCl и CH3COOH. Какви реакции и в каква последователност протичат, когато този разтвор се неутрализира с калиев хидроксид?
Отговор.Киселините, съдържащи се в разтвора, принадлежат към различни видове електролити: HCl - силен електролит, CH 3 COOH - слаб. Поради потискането на дисоциацията на слаб електролит от силен, неутрализирането на тези киселини с постепенното добавяне на алкали протича последователно: първо, ОН - йони взаимодействат със свободни Н + йони, т.е. със силна киселина и след това в процеса участват молекули със слаба киселина. Така реакцията протича първо с HCl, а след това с CH 3 COOH:
1) HCl + KOH \u003d KCl + H 2 O H + + OH - \u003d H 2 O
2) CH 3 COOH + KOH \u003d CH 3 COOK + H 2 O CH 3 COOH + OH - \u003d CH 3 COO - + H 2 O
Пример 3Посочете качествения и количествения състав на разтвора, получен чрез добавяне на 3,36 g KOH към 500 ml разтвор на H 3 PO 4 с моларна концентрация 0,1 mol/l
дадени:
ϑ (p-ra H3RO4) = 500 ml = 0,5 l H 3 RO 4 с KOH може да образува три различни соли.
c (H 3 RO 4) \u003d 0,1 mol / l Нека напишем уравненията за реакциите на образуване на всяка от
m(KOH) = 3,36 g възможни соли и отбележете стехиометрията
M (KOH) \u003d 56 g / molмоларно съотношение на реагентите:
Съставът на разтвора? n (H 3 RO 4) n (KOH)
H 3 RO 4 + KOH \u003d KN 2 RO 4 + H 2 O 1: 1
H 3 RO 4 + 2KOH \u003d K 2 HRO 4 + 2H 2 O 1: 2
H 3 RO 4 + 3KOH \u003d K 3 RO 4 + 3H 2 O
Нека определим количествата на реагентите според данните от проблема и тяхното моларно съотношение:
n (H 3 RO 4) \u003d c (H 3 RO 4) * ϑ (p-ra H3PO4) \u003d 0,1 mol / l * 0,5 l = 0,05 mol
n (KOH) \u003d m (KOH) / M (KOH) \u003d 3,36 g / 56 g / mol \u003d 0,06 mol
n (H 3 RO 4): n (KOH) \u003d 0,05: 0,06 \u003d 5: 6 = 1: 1,2
Сравнявайки това съотношение с моларните съотношения на реагентите при възможни реакции, заключаваме, че в разтвора се образува смес от KH 2 PO 4 и K 2 HPO 4, тъй като има повече алкали, отколкото е необходимо за образуване на първата сол, но по-малко от необходимото за формиране на следващия.
В съответствие с излишъка на KOH, според първото уравнение, цялата киселина ще се превърне в KH 2 RO 4, докато n (KH 2 RO 4) = n (H 3 RO 4) = 0,05 mol.
Броят на моловете KOH, изразходвани в тази реакция, n 1 (KOH) \u003d n (H 3 RO 4) \u003d 0,05 mol, 0,06 - 0,05 \u003d 0,01 (mol) ще остане неизразходван. Това количество KOH ще взаимодейства с KN 2 RO 4 съгласно уравнението:
KN 2 RO 4 + KOH \u003d K 2 HRO 4 + H 2 O
Очевидно 0,01 mol KOH ще прехвърли 0,01 KN 2 RO 4 до 0,01 mol K 2 HPO 4, докато 0,05 - 0,01 \u003d 0,04 (mol) K 2 HRO 4 ще остане в разтвора.
Отговор: 0,04 mol KH 2 RO 4 и 0,01 mol K 2 HPO 4
Реакцията между киселина и основа, която произвежда сол и вода, се нарича реакция на неутрализация.
Изследвахме реакциите на киселини с метали и метални оксиди. При тези реакции се образува сол на съответния метал. Основите също съдържат метали. Може да се предположи, че киселините също ще взаимодействат с основите, за да образуват соли. Нека добавим разтвор на солна киселина HCl към разтвор на натриев хидроксид NaOH.
Разтворът остава безцветен и прозрачен, но при пипане се установява, че се отделя топлина. Отделянето на топлина показва, че е протекла химическа реакция между основата и киселината.
За да разберем същността на тази реакция, нека направим следния опит. Поставете лист хартия, боядисан с лилав лакмус в алкалния разтвор. Тя, разбира се, ще стане синя. Сега от бюретата започваме да изливаме киселинния разтвор в алкалния разтвор на малки порции, докато цветът на лакмуса отново се промени от син на лилав. Ако лакмусът се превърне от син в лилав, това означава, че в разтвора няма алкали. В разтвора нямаше киселина, тъй като в нейното присъствие лакмусът трябваше да стане червен. Разтворът стана неутрален. Изпарявайки разтвора, получаваме сол - натриев хлорид NaCl.
Образуването на натриев хлорид по време на взаимодействието на натриев хидроксид със солна киселина се изразява с уравнението:
NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O + Q
Същността на тази реакция е, че натриевите и водородните атоми си разменят местата. В резултат на това водородният атом на киселината се свързва с хидроксилната група на алкала във водна молекула, а металният натриев атом се свързва с останалата част от киселината - Cl, образувайки молекула сол. Тази реакция принадлежи към познатия ни тип обменни реакции.
Реагират ли неразтворимите основи с киселини? Изсипете син меден хидроксид в чаша. Нека добавим вода. Медният хидроксид няма да се разтвори. Сега нека добавим разтвор на азотна киселина към него. Медният хидроксид ще се разтвори и ще се получи бистър син разтвор на меден нитрат. Реакцията се изразява с уравнението:
Cu(OH) 2 + 2HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O
Неразтворимите във вода основи, като алкали, реагират с киселини, за да образуват сол и вода.
Използвайки реакцията на неутрализация, неразтворимите киселини и основи се определят емпирично. Хидрати на оксиди, които влизат в реакция на неутрализация с алкали, са киселини. Убедени от опита, че този оксиден хидрат се неутрализира от алкали, ние записваме формулата му като киселинна формула, като на първо място записваме химическия знак на водорода: HNO3, H 2 SO 4.
Киселините не реагират една с друга, за да образуват соли.
Оксидните хидрати, които влизат в реакция на неутрализация с m партиди, са основи. Убедени от опита, че този оксиден хидрат се неутрализира от киселини, ние записваме формулата му под формата на Me (OH) n, т.е. подчертаваме наличието на хидроксилни групи в него.
Базите не реагират една с друга, за да образуват соли.
Реакциите на неутрализация (процесът на взаимодействие между киселина и основа) са придружени от топлинен ефект. Резултатът е сол и вода. Реакциите на неутрализация са необратими само когато силните киселини се неутрализират със силни основи.
например:
K + + OH - + H + + Cl - = K + + Cl - + H 2 O
Необратимостта на такива реакции се дължи на факта, че в получените системи единственото и много слабо дисоциирано съединение е водата. Йонната форма на уравнението в този случай има формата
H + + OH - \u003d H 2 O
Изключение правят такива реакции, които са придружени, в допълнение към водата, от образуването на трудно разтворимо съединение, например:
Ba 2+ + 2OH - + 2H + + SO 4 2- \u003d BaSO 4 + 2H 2 O
В същото време, ако в реакцията участват строго еквивалентни количества силна киселина и силна основа, тогава концентрациите на Н + и ОН - йони остават същите като във водата, т.е. средата става неутрална. Установено е, че при неутрализиране на един еквивалент силна киселина (алкал) с един еквивалент силна основа (киселина) винаги се отделя 57,22 kJ (13,7 kcal). Например:
NaOH + Hcl - \u003d NaCl + H 2 O, H \u003d - 13,7 kcal
Това е така, защото реакцията на неутрализация на силна киселина (алкал) със силна основа (киселина) винаги ще бъде придружена от образуване на вода, а топлината на образуване на един мол вода от йони е 57,22 kJ (13,7 kcal) .
При неутрализиране на слаба киселина (алкал) със силна основа (киселина) ще се отдели повече или по-малко от 57,22 kJ (13,7 kcal) топлина (Таблица I в допълнение).
Примери за други видове реакции на неутрализация
слаба киселина силна основа:
CH 3 COOH + KOH CH 3 COOK + H 2 O
CH 3 COOH + OH - CH 3 COO - + H 2 O
слаба основа със силна киселина:
NH 4 OH + HNO 3 NH 4 NO 3 + H 2 O
NH 4 OH + H + NH 4 + + H 2 O
3) слаба основа със слаба киселина:
NH 4 OH + CH 3 COOH CH 3 COOHNH 4 + H 2 O
NH 4 OH + CH 3 COOH NH 4 + + CH 3 COO - + H 2 O
В получените системи равновесието е силно изместено надясно, т.е. към образуването на вода, но не напълно, тъй като водата в тях не е единственото слабо дисоциирано вещество.
При строго еквивалентни количества първата система има слабо алкална, втората - слабо кисела, а третата - неутрална реакция. В последния случай неутралността на системата не означава, че тази реакция протича необратимо, а е следствие от равенството на константите на дисоциация на NH4OH и оцетната киселина.
Упражнение
Опит 1.
Неутрализиране на сярна киселина със сода каустик в два етапа.
1) измервайте 50 ml едномоларен разтвор на сярна киселина H 2 S0 4 в калориметъра;
2) измерване на температурата на киселинния разтвор t 1 в калориметъра;
3) бързо (и без загуба) изсипете в киселината 25 ml двумоларен разтвор на алкален NaOH от съд и внимателно разбъркайте получения разтвор на киселинната сол NaHS0 4 (обем V1);
4) определете температурата t 2 на разтвора след реакцията, която протича съгласно уравнението:
H 2 SO 4 + NaOH \u003d NaHSO 4 + H 2 O H 1 \u003d? (един)
където H 1 - топлина на реакция;
5) определете температурната разлика t 1 \u003d t 2 - t 1 и обема V 1 на получения разтвор;
6) бързо добавете останалите 25 ml алкален разтвор към получения разтвор на NaHSO 4, разбъркайте и определете температурата на разтвора t 3 . В този случай киселинната сол се превръща в средна сол чрез реакцията:
NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O H 2 =? (2)
където H 2 - топлина на реакция;
7) определете температурната разлика t 2 \u003d t 3 - t 2 и обема V 2 на получения разтвор;
8) въведете резултатите от експеримента в табл. един;
маса 1
________________________________________________________________
| 50 | 25 | t 1 | 1.09 (V1) | 5.02(v1) | H 1 |
| | 25 | t2 | 1.12(v2) | 6.28(V) | H 2 |
|________________________________________________________________|
Опит 2.
Неутрализиране на сярна киселина със сода каустик в един етап.
Проведете експеримента в следния ред:
1) измервайте 50 ml едномоларен разтвор на сярна киселина H 2 S0 4 в калориметъра;
2) измерване на температурата на киселинния разтвор t 4 в калориметъра;
3) бързо (и без загуба) изсипете 50 ml двумоларен разтвор на алкален NaOH от съд в киселината и внимателно разбъркайте получения разтвор на средна сол Na 2 S0 4;
4) определяне на температурата t 5 на разтвора за пълна реакция на неутрализация,
H 2 SO 4 + 2 NaOH \u003d Na 2 SO 4 + 2 H 2 O: H 3 (3)
където H 3 - топлина на реакция;
5) определете температурната разлика t 3 \u003d t 5 - t 4 и обема V 3 на получения разтвор;
6) въведете резултатите от експеримента в табл. 2;
таблица 2 ___
_____________________________________________________________
| Обем на разтвора, ml | Разлика | Плътност | Топлинна мощност | Наблюдавано |
| __________________ | темпера- | решение, | J/(g.K) | топлина, |
| H2SO4 | NaOH | обиколка, С | g/mol | | kJ/mol |
|________________________________________________________________|
| 50 | 50 | t 3 | 1.12 | C3 = 6,28 | H 3 |
|________________________________________________________________|
9) изчислете енталпията (H 1, H 2,H 3) на реакцията на неутрализация по формулата:
10) изчисляване на общата топлина H 1 + H 2 на реакцията на неутрализация;
11) сравнете стойността на общата топлина на реакция H 1 + H 2 със стойността H 3 и направете съответните заключения;
12) изчисляване на абсолютните и относителните грешки при определяне на топлината на реакция (3);
13) напишете уравнението на реакцията (1, 2 и 3) под формата на термохимични уравнения.
Резултати от работата
Нека проведем експеримент за неутрализиране на сярна киселина със сода каустик на два етапа
Таблица1
Нека проведем експеримент за неутрализиране на сярна киселина със сода каустик в един етап
по описаната по-горе схема, а резултатите от измерването ще бъдат въведени в таблицата.
Таблица 2
Изчислете енталпията (H 1, H 2,H 3) на реакцията на неутрализация, като използвате формулата:
H = V * d * C * t * 10 * 0,001,
където H е съответната топлина на реакцията; V е обемът на получения солен разтвор, ml; d е плътността на този разтвор, g/cm3; C - специфичен топлинен капацитет на разтвора, J (kcal); t - съответната разлика между наблюдаваните температури преди и след реакцията, °C; 10 е коефициентът на преобразуване за топлината на реакцията за еквивалент, взет за неутрализиране на киселината; 0,001 - коефициент на преобразуване, kJ (kcal);
H 1 \u003d 75 * 1,09 * 5,02 * * 10 * 0,001 \u003d 40,92 kJ
H 2 \u003d 100 * 1,12 * 6,28 * * 10 * 0,001 \u003d 19,06 kJ
H 3 \u003d 100 * 1,12 * 6,28 * * 10 * 0,001 \u003d 60,77 kJ
Нека изчислим общата топлина H 1 + H 2 на реакцията на неутрализация:
H 1 H 2 = 59,98 kJ
Сравнявайки стойността на общата топлина на реакция H 1 + H 2 със стойността H 3 виждаме, че те са почти равни. Това предполага, че топлинният ефект на химическа реакция, протичаща при постоянно налягане или при постоянен обем, не зависи от пътя на реакцията, а зависи само от естеството на първоначалните и крайните вещества и тяхното състояние (закон на Хес).
Нека изчислим абсолютните и относителните грешки при определяне на топлината на реакция (3).
Стандартната топлина на образуване на мол вода е H 0 = 57,22 kJ.
Абсолютна грешка при определяне на топлината на реакцията:
|H 3 -H 0 | = |60,77 – 57,22| = 3,55 kJ.
Относителна грешка при определяне на топлината на реакцията:
|H 3 -H 0 | / H 0 \u003d 3,55 / 57,22 \u003d 6,2%
Нека запишем реакционните уравнения (1, 2 и 3) под формата на термохимични уравнения:
H 2 SO 4 + NaOH \u003d NaHSO 4 + H 2 O, H 1 \u003d 41 kJ;
NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O, H 2 = 19 kJ;
H 2 SO 4 + 2NaOH \u003d Na 2 SO 4 + 2H 2 O, H 3 \u003d 61 kJ.
Заключение за работа
Основният принцип, на който се основават всички термохимични изчисления, е създаден през 1840 г. от руския химик академик Г. И. Хес. Този принцип, известен като закон на Хес и представляващ частен случай на закона за запазване на енергията, може да се формулира по следния начин: „Топлинният ефект на реакцията зависи само от началното и крайното състояние на веществата и не зависи от междинни етапи на процеса. И ние доказахме това при приготвянето на разтвор на натриев сулфат от разтвори на сярна киселина на натриев хидроксид по два начина.
Резултат:
Според закона на Хес топлинният ефект е еднакъв и в двата случая.
В резултат на което се образуват соли и вода, например:
Примери
Приложение
Неутрализацията е в основата на някои от най-важните методи на титриметричния анализ.
Фондация Уикимедия. 2010 г.
Вижте какво е "реакцията на неутрализация" в други речници:
реакция на неутрализация- - реакцията между киселина и основа, при която компонентите реагират един с друг в еквивалентни стехиометрични количества, а продуктите са сол и вода. Обща химия: учебник / А. В. Жолнин Реакция на неутрализация - реакция, в ... ... Химически термини
реакция на неутрализация- RN - [Английско-руски речник на основните термини по ваксинология и имунизация. Световна здравна организация, 2009] Теми ваксинология, имунизация Синоними RH EN неутрализационен тестNT ...
реакция на неутрализация (RN) на вируса- Лабораторен метод. [Англо-руски речник на основните термини по ваксинология и имунизация. Световна здравна организация, 2009] Теми ваксинология, имунизация EN тест за вирусна неутрализация NT … Наръчник за технически преводач
- (син. реакция на токсин-антитоксин) взаимодействие на токсин със специфичен антитоксин, което води до образуването на комплекс, който няма токсичност ... Голям медицински речник
Метод за идентифициране на вирус, основан на феномена на загуба на инфекциозност в резултат на взаимодействие със специфични антитела ... Голям медицински речник
реакция- е процесът на взаимодействие. Речник от аналитична химияреакция на неутрализация реакция на обмен окислително-възстановителни реакции... Химически термини
Вижте реакцията на неутрализация на токсина... Голям медицински речник
- (PH) лабораторен тест, в Krom At имунен с ki неутрализира, неутрализира, инхибира биол. активност (летална, инфекциозна, токсична, ензимна и др.) на микроорганизмите, техните токсини и ензими. pH се използва: 1) за висококачествени и ... ... Речник по микробиология
Реакцията на Соногашира е номинална реакция в органична химия, добавяне на халоалкани към крайни алкини. Тази реакция е извършена за първи път от Kenkichi Sonogashira и Nobue Hogihara през 1975 г. Катализатори За реакцията ... ... Wikipedia
