В рассмотренных до сих пор протолитических взаимодействиях (ионизация слабых электролитов и гидролиз ионов солей) обязательным компонентом являлась вода, молекулы которой, проявляя свойства амфолита, выступали или донором, или акцептором протона, обеспечивая протекание указанных взаимодействий. Теперь рассмотрим непосредственное взаимодействие кислот и оснований между собой, т. е. реакции нейтрализации.
Реакцией нейтрализации называется протолитическое взаимодействие кислоты и основания, в результате которого образуется соль и вода.
В зависимости от силы участвующих кислоты и основания реакция нейтрализации может быть практически необратимой или обратимой в разной степени.
При взаимодействии любой сильной кислоты с любым сильным основанием (щелочью) из-за того, что эти реагенты полностью диссоциированы на ионы, сущность такой реакции независимо от природы реагентов выражается одним и тем же молекулярно-ионным уравнением:
В процессе нейтрализации сильной кислоты щелочью происходит изменение рН системы, соответствующее кривой нейтрализации, приведенной на рис. 8.1. Кривая нейтрализации в этом случае характеризуется большим и резким скачком рН вблизи состояния эквивалентности (Vэкв)- Середина этого скачка соответствует точке эквивалентности, в которой [Н + ] = [ОН-] = = 1 10 -7 моль/л, т. е. рН = 7.
Характерными особенностями реакции нейтрализации сильной кислоты щелочью и наоборот являются:
Необратимость;
Экзотермичность ( Н 0 = -57,6 кДж/моль);
Очень большая скорость, так как взаимодействуют только подвижные ионы Н + и ОН-;
Скачок рН при нейтрализации большой и резкий;
Точка эквивалентности при рН = 7.
Эти особенности реакции нейтрализации между сильными кислотами и основаниями обеспечили широкое использование ее в аналитической практике для количественного определения кислот и оснований в исследуемых объектах.
Наиболее общим случаем реакции нейтрализации является взаимодействие кислот и оснований, различающихся по силе. Рассмотрим нейтрализацию слабой кислоты НА сильным основанием (щелочью):
Поскольку НА и Н 2 0 - слабые электролиты, то имеет место протолитическое равновесие из-за конкуренции за протон между сильными основаниями ОН- и А- и, следовательно, для данной реакции нейтрализации будут характерны следующие особенности:
Обратимость;
Скачок рН при нейтрализации небольшой и менее резкий (рис. 8.2), причем с уменьшением силы кислоты он уменьшается и сглаживается;
Точка эквивалентности находится при рН > 7, так как в системе протекает реакция гидролиза по аниону с образованием анионов ОН-, которых тем больше, чем слабее кислота;
V Э KB), когда добавлено 50 % щелочи и [НА] = [А-], значение рН в системе численно равно значению рК а данной слабой кислоты.
Последнее положение следует из уравнения: рН = рК а + lg ([А-]/[НА]), согласно которому при [А - ] = [НА] рН = рК а (так как lg ([А-]/[НА]) = 0). Это обстоятельство позволяет не только определять величину рК а слабой кислоты, но и решать обратную задачу: по значению рК а определять, какая слабая кислота находится в системе.
Реакции нейтрализации различных по силе оснований сильной кислотой (рис. 8.3) характеризуются особенностями равновесных протолитических процессов, аналогичными приведенным выше. Однако нужно понять и запомнить, что для нейтрализации слабых оснований характерны следующие особенности:
- 
точка эквивалентности находится при рН < 7 из-за протекающей параллельно реакции гидролиза по катиону с образованием катионов Н + ;
В состоянии полунейтрализации (1/2 V Э KB), когда добавлено 50 % кислоты и [В] = [ВН + ], значение рН в системе численно равно значению рK а (ВН +) сопряженной кислоты данного слабого основания.
Таким образом, исследование реакции нейтрализации позволяет определять не только содержание кислот и оснований в системе, но и значение рК а слабых электролитов, включая и белки, а также их изоэлектрические точки.
К кислотно-основным реакциям относятся реакции нейтрализации
Реакцией нейтрализации называется взаимодействие кислоты и основания с образованием соли и воды.
Например, при добавлении гидроксида калия в соляную кислоту идет реакция:
КОН + НСl = KCL + H 2 O OH - + H +
Реакция нейтрализации протекает необратимо только при взаимодействии сильной кислоты с сильным основанием, т.к. в этом случае единственным слабым электролитом в реакционной смеси является продукт реакции – вода. Если при этом кислота и основание взяты строго в стехиометрических количествах, то среда в образовавшемся растворе соли будет нейтральной.
По другому протекает реакция нейтрализации с участием слабых кислот (HNO 2 , CH 3 COOH, H 2 SO 3) или слабых оснований (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
По сокращенному ионно-молекулярному уравнению реакции видно, в реакционной системе слабые электролиты есть не только среди продуктов реакции (Н 2 О), но и среди исходных веществ (HNO 2), что указывает на обратимость реакции. Однако, поскольку именно вода является самым слабым электролитом, то реакция самопроизвольно сильно смещена вправо, в сторону образования соли.
Рассмотрим несколько примеров.
Пример 1. Выберите из перечисленных кислот и оснований: HNO 2 , HNO 3 , H 2 SO 3 , Ba(OH) 2 , LiOH, Mn(OH) 2 – те, попарные взаимодействия которых соответствуют реакции нейтрализации, идущей по уравнению: Н + + ОН - = Н 2 О. напишите молекулярные уравнения возможных реакций.
Ответ. Указанному процессу соответствует взаимодействие сильной кислоты с сильным основанием. Среди перечисленных соединений сильная кислота –HNO 3 , сильные основания – Ва(ОН) 2 и LiOH. Уравнения возможных реакций следующие:
2HNO 3 + Ba(OH) 2 = Ba(NO 3) 2 + 2H 2 O
HNO 3 + LiOH = LiNO 3 + H 2 O
Пример 2. Раствор содержит смесь HCl и CH 3 COOH. Какие реакции и в какой последовательности протекают при нейтрализации этого раствора гидроксидом калия?
Ответ. Содержащиеся в растворе кислоты относятся к разным типам электролитов: HCl – сильный электролит, CH 3 COOH – слабый. Вследствие подавления диссоциации слабого электролита сильным нейтрализация этих кислот при постепенном добавлении щелочи идет последовательно: сначала ионы ОН - взаимодействуют со свободными ионами Н + , т.е. с сильной кислотой, а затем в процесс вовлекаются молекулы слабой кислоты. Таким образом, сначала идет реакция с HCl , а затем с CH 3 COOH:
1) HCl + КОН = КCl + Н 2 О Н + + ОН - = Н 2 О
2) CH 3 COOH + КОН = CH 3 COOК + Н 2 О CH 3 COOH + ОН - = CH 3 COO - + Н 2 О
Пример 3. Укажите качественный и количественный состав раствора, полученного в результате добавления 3,36 г КОН к 500 мл раствора Н 3 РО 4 с молярной концентрацией 0,1 моль/л
Дано:
ϑ (р-ра Н3РО4) = 500мл = 0,5л Н 3 РО 4 с КОН может образовать три различные соли.
с(Н 3 РО 4) = 0,1 моль/л Запишем уравнения реакций образования каждой из
m(КОН) = 3,36 г возможных солей и отметим стехиометрическое
М(КОН) = 56 г/моль мольное соотношение реагентов:
Состав раствора? n(Н 3 РО 4) n(КОН)
Н 3 РО 4 + КОН = КН 2 РО 4 + Н 2 О 1: 1
Н 3 РО 4 + 2КОН = К 2 НРО 4 + 2Н 2 О 1: 2
Н 3 РО 4 + 3КОН = К 3 РО 4 + 3Н 2 О
Определим количества реагентов по данным задачи и их мольное соотношение:
n (Н 3 РО 4) = с(Н 3 РО 4)* ϑ (р-ра Н3РО4) = 0,1моль/л*0,5 л = 0,05 моль
n(КОН) = m(КОН)/ М(КОН) = 3,36 г/56 г/моль = 0,06 моль
n (Н 3 РО 4) : n(КОН) = 0,05: 0,06 = 5: 6 = 1: 1,2
Сравнивая данное отношение с мольными отношениями реагентов в возможных реакциях, сделаем вывод о том, что в растворе образуется смесь КН 2 РО 4 и К 2 НРО 4 , поскольку щелочи больше, чем требуется для образования первой соли, но меньше, чем надо для образования следующей.
В соответствии с избытком КОН по первому уравнению вся кислота превратится в КН 2 РО 4 , при этом n (КН 2 РО 4) = n (Н 3 РО 4) = 0,05 моль.
Число молей КОН, израсходованное в этой реакции, n 1 (КОН) = n (Н 3 РО 4) = 0,05 моль, неизрасходованным останется 0,06 – 0,05 = 0,01 (моль). Это количество КОН будет взаимодействовать с КН 2 РО 4 по уравнению:
КН 2 РО 4 + КОН = К 2 НРО 4 + Н 2 О
Очевидно, что 0,01 моль КОН переведет 0,01 КН 2 РО 4 , в 0,01 моль К 2 НРО 4 , при этом в растворе останется 0,05 – 0,01 = 0,04 (моль) К 2 НРО 4 .
Ответ: 0,04 моль КН 2 РО 4 и 0,01 моль К 2 НРО 4
Реакция между кислотой и основанием, в результате которой образуется соль и вода, называется реакцией нейтрализации.
Мы изучили реакции взаимодействия кислот с металлами и окислами металлов. При этих реакциях образуется соль соответствующего металла. Основания также содержат металлы. Можно предположить, что кислоты будут взаимодействовать с основаниями тоже с образованием солей. Прильем к раствору гидроокиси натрия NaOH раствор соляной кислоты HCl.
Раствор остается бесцветным и прозрачным, но на ощупь можно установить, что при этом выделяется теплота. Выделение теплоты показывает, что между щелочью и кислотой произошла химическая реакция .
Чтобы выяснить сущность этой реакции, проделаем такой опыт. В раствор щелочи поместим бумажку, окрашенную фиолетовым лакмусом. Она, конечно, посинеет. Теперь из бюретки начнем приливать к раствору щелочи малыми порциями раствор кислоты, пока окраска лакмуса опять изменится из синей в фиолетовую. Если лакмус из синего стал фиолетовым, то это означает, что в растворе не стало щелочи. Не стало в растворе и кислоты, так как в ее присутствии лакмус должен был бы окраситься в красный цвет. Раствор сделался нейтральным. Выпарив раствор, мы получили соль – хлористый натрий NaCl.
Образование хлористого натрия при взаимодействии гидроокиси натрия с соляной кислотой выражается уравнением:
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O + Q
Сущность этой реакции заключается в том, что атомы натрия и водорода обмениваются местами. В результате водородный атом кислоты соединяется с гидроксильной группой щелочи в молекулу воды, а атом металла натрия соединяется с остатком кислоты – Cl, образуя молекулу соли. Эта реакция относится к знакомому нам типу реакций обмена .
Вступают ли в реакции с кислотами нерастворимые основания ? Насыплем в стакан голубую гидроокись меди. Прибавим воды. Гидроокись меди не растворится. Теперь прильем к ней раствор азотной кислоты. Гидроокись меди растворится и получится прозрачный раствор азотнокислой меди голубого цвета. Реакция выражается уравнением:
Cu(OH) 2 + 2HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O
Нерастворимые в воде основания, как и щелочи, взаимодействуют с кислотами с образованием соли и воды.
С помощью реакции нейтрализации определяют опытным путем нерастворимые кислоты и основания. Гидраты окислов, вступающие в реакцию нейтрализации со щелочами, относятся к кислотам. Убедившись на опыте, что данный гидрат окисла нейтрализуется щелочами, мы пишем его формулу, как формулу кислоты, записывая химический знак водорода на первое место: HNO3, H 2 SO 4 .
Кислоты друг с другом с образованием солей не взаимодействуют.
Гидраты окислов, вступающие з реакцию нейтрализации с m лотами, относятся к основаниям. Убедившись на опыте, что данный гидрат окисла нейтрализуется кислотами, мы пишем его формулу в виде Ме(ОН) n , т. е. подчеркиваем присутствие в нем гидроксильных групп.
Основания друг с другом с образованием солей не взаимодействуют.
Реакции нейтрализации (процесс взаимодействия кислоты и основания) сопровождаются тепловым эффектом. В результате получается соль и вода. Реакции нейтрализации протекают необратимо только в случае нейтрализации сильных кислот сильными основаниями.
например:
K + + OH - + H + + Cl - = K + + Cl - + H 2 O
Необратимость таких реакций обусловлена тем, что в образующихся системах единственным и весьма малодиссоциированным соединением является вода. Ионная форма уравнения в этом случае имеет вид.
Н + + ОН - = Н 2 О
Исключение составляют такие реакции, которые сопровождаются кроме воды образованием трудно растворимого соединения, например:
Ва 2+ + 2ОН - + 2Н + + SO 4 2- = ВаSO 4 + 2H 2 O
При этом, если в реакции участвуют строго эквивалентные количества сильной кислоты и сильной щелочи, то концентрации ионов Н + и ОН - сохраняют значения такие же как и в воде, т.е. среда становится нейтральной. Установлено, что при нейтрализации одного эквивалента сильной кислоты (щелочи) одним эквивалентом сильной щелочи (кислоты) выделяется всегда 57,22 кДж (13,7ккал). Например:
NаОН + НСl -= NаСl + Н 2 О, H= - 13,7 ккал
Это происходит потому, что реакция нейтрализации сильной кислоты (щелочи) сильной щелочью (кислотой) всегда будет сопровождаться реакцией образования воды, а теплота образования одного моля вода из ионов равна 57,22 кДж (13,7 ккал).
При нейтрализации слабой кислоты (щелочи) сильной щелочью (кислотой) будет выделяться больше или меньше,чем 57,22 кДж (13,7 ккал) количества тепла (приложение табл. I).
Примеры других типов реакции нейтрализации
слабой кислоты сильным основанием:
СН 3 СООН + КОН СН 3 СОOK +Н 2 О
СН 3 СООН + ОН - СН 3 СОO - +Н 2 O
слабого основания сильной кислотой:
NН 4 ОН + НNО 3 NH 4 NО 3 + Н 2 О
NН 4 ОН +Н + NH 4 + +Н 2 О
3) слабого основания слабой кислотой:
NН 4 OН +СН 3 СООН СН 3 СООNH 4 +Н 2 O
NН 4 OН +СН 3 СООН NH 4 + + СН 3 СОО - + Н 2 O
В образующихся системах равновесие сильно смещено вправо, т.е. в сторону образования воды, но не до конца, так как вода в них не единственное малодиссоциированное вещество.
При строго эквивалентных количествах, первая система имеет слабощелочную, вторая - слабокислую, а третья - нейтральную реакции. В последнем случае нейтральность системы не означает, что эта реакция протекает необратимо, а является следствием равенства констант диссоциации NН 4 OН и уксусной кислоты.
Задание
Опыт 1.
Нейтрализация серной кислоты едким натром в две стадии.
1) в калориметр отмерить 50мл одномолярного растворасерной кислоты Н 2 S0 4 ;
2) измерить температуру раствора кислоты t 1 в калориметре;
3) быстро (и без потерь) влить в кислоту 25 мл двумолярного раствора щелочи NaOH из сосуда и осторожно перемешать полученный раствор кислой соли NаHS0 4 (объем V1);
4) определить температуру t 2 раствора после реакции, которая протекает по уравнению:
H 2 SO 4 + NaOH = NaНSO 4 + H 2 O H 1 = ? (1)
где H 1 - теплота реакции;
5) определить разность температур t 1 = t 2 – t 1 и объем V 1 полученного раствора;
6) к полученному раствору NaНSO 4 быстро прилить оставшиеся 25 мл раствора щелочи, перемешать и определить температуру раствора t 3 . В данном случае кислая соль превращается в среднюю по реакции:
NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O H 2 = ? (2)
где H 2 - теплота реакции;
7) определить разность температур t 2 = t 3 – t 2 и объем V 2 полученного раствора;
8) результаты опыта занести в табл. 1;
Таблица 1
________________________________________________________________
| 50 | 25 | t 1 | 1.09 (V1) | 5.02 (V1) | H 1 |
| | 25 | t 2 | 1.12 (V2) | 6.28 (V) | H 2 |
|________________________________________________________________|
Опыт 2.
Нейтрализация серной кислоты едким натром в одну стадию.
Проводить опыт в следующем порядке:
1) в калориметр отмерить 50мл одномолярного растворасерной кислоты Н 2 S0 4 ;
2) измерить температуру раствора кислоты t 4 в калориметре;
3) быстро (и без потерь) влить в кислоту 50 мл двумолярного раствора щелочи NaOH из сосуда и осторожно перемешать полученный раствор средней соли Nа 2 S0 4 ;
4) определить температуру t 5 раствора реакции полной нейтрализации,
H 2 SO 4 + 2 NaOH = Na 2 SO 4 + 2 H 2 O: H 3 (3)
где H 3 - теплота реакции;
5) определить разность температур t 3 = t 5 – t 4 и объем V 3 полученного раствора;
6) результаты опыта занести в табл. 2;
Таблица 2 ___
_____________________________________________________________
| Объем раствора, мл | Разность | Плотность | Теплоемкость | Наблюдаемая |
|__________________|темпера- | раствора, | Дж/(г.К) | теплота, |
| H 2 SO 4 | NaOH | тур, С | г/моль | | кДж/моль |
|________________________________________________________________|
| 50 | 50 | t 3 | 1.12 | C3 = 6.28 | H 3 |
|________________________________________________________________|
9) вычислить энтальпию (H 1 , H 2 ,H 3) реакции нейтрализации по формуле:
10) вычислить суммарную теплоту H 1 + H 2 реакции нейтрализации;
11) сравнить значение суммарной теплоты реакции H 1 + H 2 со значением H 3 и сделать соответствующие выводы;
12) вычислить абсолютную и относительную ошибки определения теплоты реакции (3);
13) записать уравнение реакции (1, 2 и 3) в виде термохимических уравнений.
Результаты работы
Проведем опыт нейтрализации серной кислоты едким натром в две стадии
Таблица 1
Проведем опыт нейтрализации серной кислоты едким натром в одну стадию
по схеме описанной выше, а результаты измерений занесем в таблицу.
Таблица 2
Вычислим энтальпию (H 1 , H 2 ,H 3) реакции нейтрализации по формуле:
H = V * d * C * t * 10 * 0.001,
где H - соответствующая теплота реакции; V - объем полученного раствора соли, мл; d - плотность данного раствора, г/см 3 ; С - удельная теплоемкость раствора, Дж(ккал); t - соответствующая разность наблюдаемых температур до реакции и после реакции, °С; 10 - коэффициент пересчета теплоты реакции на один эквивалент, взятой для нейтрализации кислоты; 0,001 - коэффициент пересчета, кДж (ккал);
H 1 = 75 * 1.09 * 5.02 * * 10 * 0.001 = 40.92 кДж
H 2 = 100 * 1.12 * 6.28 * * 10 * 0.001 = 19.06 кДж
H 3 = 100 * 1.12 * 6.28 * * 10 * 0.001 = 60.77 кДж
Вычислим суммарную теплоту H 1 + H 2 реакции нейтрализации:
H 1 H 2 = 59.98 кДж
Сравнивая значение суммарной теплоты реакции H 1 + H 2 со значением H 3 видим, что они практически равны. Этот говорит о том, что тепловой эффект химической реакции, протекающей при постоянном давлении или при постоянном объеме, не зависит от пути реакции, а зависит только от природы исходных и конечных веществ и их состояния (закон Гесса).
Вычислим абсолютную и относительную ошибки определения теплоты реакции (3).
Стандартная теплота образования моля воды составляет H 0 = 57,22 кДж.
Абсолютная погрешность определения теплоты реакции:
|H 3 -H 0 | = |60,77 – 57,22| = 3,55 кДж.
Относительная погрешность определения теплоты реакции:
|H 3 -H 0 | /H 0 = 3,55/57,22 = 6,2 %
Запишем уравнения реакций (1, 2 и 3) в виде термохимических уравнений:
H 2 SO 4 + NaOH = NaНSO 4 + H 2 O, H 1 = 41 кДж;
NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O, H 2 = 19 кДж;
H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O, H 3 = 61 кДж.
Вывод по работе
Основной принцип, на котором основываются все термохимические расчеты, установлен в 1840г русским химиком, академиком Г И Гессом. Этот принцип, известный под названием закона Гесса и являющейся частным случаем закона сохранения энергии, можно сформулировать так «Тепловой эффект реакции за- висит только от начального и конечного состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса. И это мы доказали при приготовлении раствора сульфата натрия из растворов серной кислоты гидроксида натрия двумя способами.
Итог:
Согласно закону Гесса, тепловой эффект в обоих случаях один и тот же.
В результате которого образуются соли и вода , например:
Примеры
Применение
Нейтрализация лежит в основе ряда важнейших методов титриметрического анализа .
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Реакция нейтрализации" в других словарях:
реакция нейтрализации - – реакция между кислотой и основанием, при которой компоненты реагируют друг с другом в эквивалентных стехиометрических количествах, а продуктами являются соль и вода. Общая химия: учебник / А. В. Жолнин Реакция нейтрализации – реакция, в… … Химические термины
реакция нейтрализации - РН — [Англо русский глоссарий основных терминов по вакцинологии и иммунизации. Всемирная организация здравоохранения, 2009 г.] Тематики вакцинология, иммунизация Синонимы РН EN neutralization testNT …
реакция нейтрализации (РН) вируса - Лабораторный метод. [Англо русский глоссарий основных терминов по вакцинологии и иммунизации. Всемирная организация здравоохранения, 2009 г.] Тематики вакцинология, иммунизация EN viral neutralization testNT … Справочник технического переводчика
- (син. реакция токсин антитоксин) взаимодействие токсина со специфическим антитоксином, приводящее к образованию комплекса, не обладающего токсичностью … Большой медицинский словарь
Метод идентификации вируса, основанный на феномене потери им инфекционности в результате взаимодействия со специфическими антителами … Большой медицинский словарь
реакция - – процесс взаимодействия. Словарь по аналитической химии реакция нейтрализации реакция обмена окислительно восстановительные реакции … Химические термины
См. Реакция нейтрализации токсина … Большой медицинский словарь
- (РН) лабораторный тест, в к ром Ат иммунной с ки нейтрализуют, обезвреживают, тормозят биол. активность (летальную, инфекц., токсическую, ферментативную и др.) микроорганизмов, их токсинов и ферментов. РН применяют: 1) для качественного и… … Словарь микробиологии
Реакция Соногашира именная реакция в органической химии, присоединение галогеналканов к терминальным алкинам. Данная реакция была впервые проведена Кенкичи Соногашира и Нобуе Хогихара в 1975 году. Катализаторы Для проведения реакции… … Википедия
