Реакция нейтрализации уравнение химической реакции

Реакция нейтрализации в химии: объяснение, примеры, уравнения и решение

Содержание:

Реакция нейтрализации – это реакция между кислотой и основанием с формированием растворимой соли и воды.

Кислота + основание = соль + вода

Как правило, эти взаимодействия сопровождаются выделением тепла. Количество выделенной энергии — это тепловой эффект взаимодействия между соединениями. Реакция нейтрализации — это один из типов реакции обмена.

Характеристика нейтрализации

H + +Cl — +K + +OH — =K + +Cl — +H₂O

Реакцию нейтрализации можно записать сокращенным ионным уравнением:

Если поместить лакмусовую бумажку в пробирку с кислотой, то она становится красной. Если ее поместить в пробирку со щелочью, то она становится синей. При взаимодействии щелочи и кислоты лакмус приобретает фиолетовый оттенок, что указывает на нейтральную среду.

Если получившийся раствор нагреть, то вода испарится, а в колбе останутся кристаллы соли.

Примеры реакций нейтрализации

Реакции нейтрализации — это реакции ионного обмена. Необратимые реакции характерны для реакций сильной кислоты и сильного основания.

Полное ионное уравнение

H + +Br — +K + +OH — → K + + Br — + H₂O

Сокращенное ионное уравнение

Обратимые реакции наблюдаются при взаимодействии сильного основания и слабой кислоты.

Полное ионное уравнение

2Н + +SO₃ 2- +2Li + +2OH — ↔2Li + +SO₃ 2- +2H 2 O

Сокращенное ионное уравнение

Также обратимые реакции характерны для взаимодействий слабого основания и сильной кислоты.

Полное ионное уравнение

Сокращенное ионное уравнение

Не характерно для данной реакции.

Задачи на реакции нейтрализации

Задача. Сколько мл гидроксида натрия NaOH необходимо для нейтрализации 0,1 моль серной кислоты H₂SO₄, при том что плотность гидроксида натрия NaOH равна 0,968 г/мл.

Дано:

Решение:

Ответ: V(NaOH)=8,264 мл

Найти: V(NaOH)-?

Применение реакций нейтрализации

Реакции нейтрализации активно используются в титровании. Их используют при определении уровня кислотности желудочного сока. Если в лаборатории проливается щелочь, то ее нейтрализуют и убирают. Таким образом, реакции нейтрализации активно используются человеком.

Реакция нейтрализации

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 506.

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 506.

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:

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).

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:

• H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O;
• HNO₃ + KOH → KNO₃ + H₂O.

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

• H₂SO₃ + 2NaOH ↔ Na₂SO₃ + 2H₂O;
• Fe(OH)₃ + H₃PO₄ ↔ FePO₄ + 3H₂O.

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:

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.

Урок 17. Реакция нейтрализации

В уроке 17 «Реакция нейтрализации» из курса «Химия для чайников» рассмотрим процесс нейтрализации, а также понятия химический эквивалент вещества и грамм-эквивалент; кроме того научимся вычислять нормальную концентрацию раствора. С реакцией нейтрализации тесно связаны понятия «кислота» и «основание», поэтому настоятельно рекомендую подробно изучить урок 16 «Кислоты и основания»

Нейтрализация

Важным свойством кислот и оснований является их способность образовывать в растворе ионы H+ и OH-, которые могут атаковать другие имеющиеся там молекулы и вызывать химические превращения, с трудом или медленно протекающие в их отсутствии. Когда кислоты и основания реагируют друг с другом, ионы H + и OH — соединяются, образуя молекулы воды. Этот процесс называется нейтрализацией:

Химический эквивалент

С реакцией нейтрализации тесно связано процедура кислотно-основного титрования. Грубо говоря, титрование — это способ определения имеющегося количества кислоты или основания в растворе, путем измерения количества основания или кислоты с заданной концентрацией необходимого для полной нейтрализации имеющегося реагента. При титровании пользуются понятием химический эквивалент.

Химический эквивалент кислоты — количество кислоты, которое при нейтрализации основания высвобождает 1 моль ионов H + .

Химический эквивалент основания — количество основания, которое при нейтрализации основания высвобождает 1 моль ионов OH — .

Полная нейтрализация происходит в том случае, если в реакцию вступают одинаковые количества химических эквивалентов кислоты и основания.

Грамм-эквивалент — это масса кислоты (или основания) в граммах, которая образует 1 моль ионов H + (или OH — )

Для кислот, способных высвобождать 1 ион H + на молекулу, как, например, HCl или HNO₃, химический эквивалент представляет собой то же самое количество вещества, что и моль, а 1 грамм-эквивалент — то же самое, что и молекулярная масса. Однако поскольку H₂SO₄ способна высвобождать два иона H + на молекулу, 1 молю H₂SO₄ соответствуют два эквивалента, и поэтому в реакциях кислотно-основной нейтрализации грамм-эквивалент серной кислоты равен половине ее молекулярной массы. Грамм-эквивалент фосфорной кислоты H₃PO₄, т.е. такая ее масса в граммах, которая образует 1 моль ионов H + , равен 1/3 молекулярной массы этой кислоты. Точно так же для NaOH, KOH и NH₃, молекулярные массы совпадают с грамм-эквивалентами этих веществ, но грамм-эквивалент Ca(OH)₂ равен половине его молекулярной массы.

В удобстве использования понятий химического эквивалента и грамм-эквивалента можно убедиться при рассмотрении нейтрализации фосфорной кислоты гидроксидом магния:

Рассмотрим решение конкретной задачи по химическим эквивалентам и грамм-эквивалентам:

Пример 1. Используя метод эквивалентов, найдите число граммов HNO₃ необходимо для нейтрализации 100,0 г Ba(OH)₂.

Первым делом выпишем молекулярные массы и грамм-эквиваленты для HNO 3 и Ba(OH) 2 :

Отлично! Теперь найдем сколько химических эквивалентов гидроксида бария содержится в 100,0 г:

В начале урока мы говорили, что полная нейтрализация получается, когда в реакцию вступают одинаковые количества химических эквивалентов кислоты и основания. Поэтому для нейтрализации 1,167 экв Ba(OH)₂ потребуется 1,167 экв HNO₃:

Ответ получен! Кстати, данную задачу можно решить по другому, используя полное уравнение реакции :

Число моль Ba(OH)₂, вступающего в реакцию, равно:

• 100,0 г / 171,3 г/моль = 0,5838 моля Ba(OH)₂

Из полного уравнения реакции следует, что в ней должно принять участие вдвое большее молярное количество азотной кислоты, чем гидроксида бария:

А в граммах это составит:

• 1,167 моля × 63,01 г/моль = 73,53 г HNO₃

Ответы совпадают, т.е оба метода решения верны, однако метод эквивалентов позволяет обойтись без использования полного уравнения реакции.

Нормальная концентрация

Нормальная концентрация, или нормальность раствора (н.) показывает, сколько эквивалентов вещества содержится в 1 л его раствора. Например, по аналогии с молярной концентрацией, 1,00 М раствор H₃PO₄ имеет нормальность 3,00 н, а 0,010 М раствор Mg(OH)₂ имеет нормальность 0,020 н.

Пример 2. Определите молярность и нормальность 500 мл раствора, полученного при растворении в воде 4,00 г NaOH.

По таблице Менделеева находим молекулярную массу гидроксида натрия, она равна 40,0 г/моль. В нашем распоряжении ровно 4,00 г NaOH, и в них содержится:

• 4,00 г / 40,0 г/моль = 0,100 моля NaOH

Нам уже известно, что молярная концентрация представляет собой отношение числа моль растворенного вещества на общий объем раствора, следовательно молярность раствора гидроксида натрия равна:

• 0,100 моля NaOH / 0,500 л раствора = 0,200 моль/л, или 0,2 М NaOH

В данном случае молярность раствора совпадает с его нормальностью, поскольку каждый моль гидроксида натрия дает 1 эквивалент OH — ионов. Следовательно нормальность полученного раствора равна также 0,200 н.

Пример 3. В 750 мл раствора содержится 10,0 г серной кислоты H₂SO₄. Определите молярность и нормальность данного раствора.

• 10,0 г / 98,1 г/моль = 0,102 моля серной кислоты
• 0,102 моля / 0,750 л = 0,136 М раствор серной кислоты

Поскольку каждый моль серной кислоты высвобождает 2 эквивалента ионов H + , полученный раствор серной кислоты имеет нормальность, равную 2·0,136=0,272 н., т.е. представляет собой 0,272 н. раствора H₂SO₄.

Надеюсь урок 17 «Реакция нейтрализации» был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.