Кислоты
проект по химии (8 класс) на тему

МБОУ гимназия №3

Учебно- исследовательская работа

"Кислоты"

Выполнили:

Каргин Кирилл,

Фомовский Григорий

Руководитель:

учитель химии

Сорокина В.В.

г.Грязи 2015 г

Введение

Проблема.

Человек использует в быту кислоты, поэтому необходимо знать их свойства , правила техники безопасности их использования.

Объект: Кислоты

Гипотеза: Органические и неорганические кислоты похожи по свойствам.

Цели работы:

Изучить классификацию  кислот, способы их получения, области применения.

Исследовать физико – химические показатели кислот.

Сравнить силу органических и неорганических кислот.

Теоретическая часть

История развития представлений о кислотах

Кислоты как класс химических соединений, обладающих рядом близких свойств, известны с древнейших времён.

В 1778 году французский химик Антуан Лавуазье предположил, что кислотные свойства обусловлены наличием в их составе кислорода. Эта гипотеза оказалась несостоятельной, так как многие кислоты не имеют в своём составе кислорода, в то время как многие кислородсодержащие соединения не проявляют кислотных свойств. Тем не менее, именно эта гипотеза дала название кислороду как химическому элементу. В 1833 году немецкий химик Юстус Либих определил кислоту как водородсодержащее соединение, в котором водород может быть замещён на металл.

Первую попытку создать общую теорию кислот и оснований предпринял шведский физикохимик Сванте Аррениус. В его теории, сформулированной в 1887 году, кислота определялась как соединение, диссоциирующее в водном растворе с образованием ионов водорода H+.

Классификация кислот

• По содержанию атомов кислорода:

• бескислородные (HCl, H2S);
• кислородсодержащие (HNO3, H2SO4).

• По количеству кислых атомов водорода

• одноосновные (HNO3);
• двухосновные (H2SeO4);
• трёхосновные (H3PO4, H3BO3);
• многоосновные.

• По силе

• Сильные — диссоциируют практически полностью, константы диссоциации больше 1·10−3 (HNO3);
• Слабые — константа диссоциации меньше 1·10−3 (уксусная кислота Kд= 1,7·10−5).

• По устойчивости

• Устойчивые (H2SO4);
• Неустойчивые (H2CO3).

• По принадлежности к классам химических соединений

• Неорганические (HBr);
• Органические (HCOOH,CH3COOH);

• По летучести

• Летучие (HNO3,H2S, HCl);
• Нелетучие (H2SO4) ;

• По растворимости в воде

• Растворимые (H2SO4);
• Нерастворимые (H2SiO3);

Органические кислоты

Муравьиная кислота

История открытия

Уже более 600 лет назад натуралисты знали о том, что муравьи вырабатывают едкую жидкость. В 1671 году английский натуралист Джон Рей описал это вещество. Для этого он собрал множество мертвых муравьев и приготовил их эссенцию. Кислота, которая обнаружилась в этой эссенции, позже получила название муравьиной. Впервые синтезировать муравьиную кислоту смог французский химик Жозеф Гей-Люссак, использовавший в качестве исходного материала синильную кислоту. В 1855 году другой французский химик, Марселин Бертло, разработал синтез из окиси углерода (угарного газа), и сегодня для получения муравьиной кислоты используется похожая технология.

Нахождение в природе

В природе муравьиная кислота обнаружена в хвое, крапиве, фруктах, едких выделениях пчёл и муравьёв. Муравьиная кислота впервые была выделена в1671 году английским натуралистом Джоном Рэйем из рыжих лесных муравьёв, чем и объясняется её название.

В больших количествах муравьиная кислота образуется в качестве побочного продукта при жидкофазном окислении бутана и лёгкой бензиновой фракции в производстве уксусной кислоты. Муравьиную кислоту получают также гидролизом формамида .

Применение

В основном, муравьиную кислоту используют как консервирующий и антибактериальный агент при заготовке корма. Муравьиная кислота замедляет процессы гниения и распада, поэтому сено и силос, обработанные муравьиной кислотой, дольше сохраняются. Муравьиная кислота также используется в протравном крашении шерсти, для борьбы с паразитами в пчеловодстве, как растворитель в некоторых химических реакциях, как отбеливатель при дублении кожи.В медицине используется для приготовления растворов пермуравьиной кислоты . Первомур используют в хирургии в качестве предоперационного антисептического средства, в фармацевтической промышленности для дезинфекции оборудования.

Уксусная кислота

История открытия

Уксус является продуктом брожения вина и известен человеку с давних времен.

Первое упоминание о практическом применении уксусной кислоты относится к III веку до н. э. Греческий ученыйТеофраст впервые описал действие уксуса на металлы, приводящее к образованию некоторых используемых в искусстве пигментов. Уксус применялся для получения свинцовых белил, а также ярь-медянки 

В VIII веке арабский алхимик Джабир ибн Хайян впервые получил концентрированную уксусную кислоту путем перегонки.

Во времена Эпохи Возрождения уксусную кислоту получали путём возгонки ацетатов некоторых металлов (чаще всего использовался ацетат меди (II)) (при сухой перегонке ацетатов металлов получается ацетон, вполне промышленный способ до середины XX века).

В 1847 году немецкий химик Адольф Кольбе впервые синтезировал уксусную кислоту из неорганических материалов. Последовательность превращений включала в себя хлорирование сероуглерода до тетрахлорметана с последующим пиролизом до тетрахлорэтилена. Дальнейшее хлорирование в воде привело к трихлоруксусной кислоте, которая после электролитического восстановления превратилась в уксусную кислоту.[2]

В конце XIX — начале XX века большую часть уксусной кислоты получали перегонкойдревесины. Основным производителем уксусной кислоты являлась Германия. В 1910 году ею было произведено более 10 тыс. тонн кислоты, причем около 30 % этого количества было израсходовано на производство красителя индиго.

Применение

Водные растворы уксусной кислоты широко используются в пищевой промышленности (пищевая добавка E260) и бытовой кулинарии, а также в консервировании.

Уксусную кислоту применяют для получения лекарственных и душистых веществ, как растворитель (например, в производстве ацетилцеллюлозы,ацетона). Она используется в книгопечатании и крашении.

Поскольку пары уксусной кислоты обладают резким раздражающим запахом, возможно её применение в медицинских целях в качестве замены нашатырного спирта для выведения больного из обморочного состояния.

Неорганические кислоты

Азотная кислота

История

Методика получения разбавленной азотной кислоты путём сухой перегонки селитры с квасцами и медным купоросом была, по видимому, впервые описана в трактатах Джабира (Гебера в латинизированных переводах) в VIII веке. Этот метод с теми или иными модификациями, наиболее существенной из которых была замена медного купороса железным, применялся в европейской и арабской алхимии вплоть до XVII века.

В XVII веке Глаубер предложил метод получения летучих кислот реакцией их солей с концентрированной серной кислотой, в том числе и азотной кислоты из калийной селитры, что позволило ввести в химическую практику концентрированную азотную кислоту и изучить её свойства. Метод Глаубераприменялся до начала XX века, причём единственной существенной модификацией его оказалась замена калийной селитры на более дешёвую натриевую (чилийскую) селитру.

Во времена М. В. Ломоносова азотную кислоту называли крепкой водкой.

Производство азотной кислоты

Современный способ её производства основан на каталитическом окислении синтетического аммиака на платино-родиевых катализаторах (процесс Оствальда) до смеси оксидов азота (нитрозных газов), с дальнейшим поглощением их водой

.

Впервые азотную кислоту получили алхимики, нагревая смесь селитры и железного купороса:

Чистую азотную кислоту получил впервые Иоганн Рудольф Глаубер, действуя на селитру концентрированной серной кислотой:

Дальнейшей дистилляцией может быть получена т. н. «дымящая азотная кислота», практически не содержащая воды.

Применение

• в производстве минеральных удобрений;
• в военной промышленности (дымящая — в производстве взрывчатых веществ, как окислитель ракетного топлива, разбавленная — в синтезе различных веществ, в том числе отравляющих);
• крайне редко в фотографии — разбавленная — подкисление некоторых тонирующих растворов;
• в станковой графике — для травления печатных форм (офортных досок, цинкографических типографских форм и магниевых клише).
• в производстве красителей и лекарств (нитроглицерин)
• в ювелирном деле — основной способ определения золота в золотом сплаве;
• в основном органическом синтезе (нитроалканы, анилин, нитроцеллюлоза, тротил...)

Серная кислота

История

Серная кислота известна с древности, встречаясь в природе в свободном виде, например, в виде озёр вблизи вулканов. Возможно, первое упоминание о кислых газах, получаемых при прокаливании квасцов или железного купороса «зеленого камня», встречается в сочинениях, приписываемых арабскому алхимику Джабир ибн Хайяну.

В IX веке персидский алхимик Ар-Рази, прокаливая смесь железного и медного купороса (FeSO4•7H2O и CuSO4•5H2O), также получил раствор серной кислоты. Этот способ усовершенствовал европейский алхимик Альберт Магнус, живший в XIII веке.

Схема получения серной кислоты из железного купороса — термическое разложение сульфата железа (II) с последующим охлаждением смеси

1. FeSO4+7H2O→Fe2O3+SO2+H2O+O2
2. SO2+H2O+1/2O2 ⇆ H2SO4

В трудах алхимика Валентина (XIII в) описывается способ получения серной кислоты путем поглощения водой газа (серный ангидрид), выделяющегося при сжигании смеси порошков серы и селитры. Впоследствии этот способ лег в основу т. н. «камерного» способа, осуществляемого в небольших камерах, облицованных свинцом, который не растворяется в серной кислоте. В СССР такой способ просуществовал вплоть до 1955 г.

Алхимикам XV в известен был также способ получения серной кислоты из пирита — серного колчедана, более дешевого и распространенного сырья, чем сера. Таким способом получали серную кислоту на протяжении 300 лет, небольшими количествами в стеклянных ретортах. Впоследствии, в связи с развитием катализа этот метод вытеснил камерный способ синтеза серной кислоты. В настоящее время серную кислоту получают каталитическим окислением (на V2O5) оксида серы (IV) в оксид серы (VI), и последующим растворением оксида серы (VI) в 70 % серной кислоте с образованием олеума.

Получение

H2O+SO3=H2SO4

Применение

• в обработке руд, особенно при добыче редких элементов, в т.ч. урана, иридия, циркония, осмия и т.п.;
• в производстве минеральных удобрений;
• как электролит в свинцовых аккумуляторах;
• для получения различных минеральных кислот и солей;
• в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ;
• в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
• в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513 (эмульгатор);
• в промышленном органическом синтезе в реакциях:

• дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
• гидратации (этанол из этилена);
• сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
• алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.
• Для восстановления смол в фильтрах на производстве дистилированной воды.

Мировое производство серной кислоты ок. 160 млн тонн в год. Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется в 2,2-3,4 раза больше по массе серной кислоты, а на (NH₄)₂SO₄ серной кислоты 75% от массы расходуемого (NH₄)₂SO₄. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

Практическая часть

Химические свойства уксусной кислоты.

 Подобно неорганическим кислотам, карбоновые кислоты являются слабыми электролитами, а потому диссоциируют обратимо:

СН3 СООН = СН3СОО- + Н+ .

 Уксусная кислота взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжения металлов до водорода:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

Соли уксусной кислоты называются ацетатами.

Уксусная кислота взаимодействует с основными оксидами и амфотерными оксидами с образованием соли и воды:

2СН3 СООН + МgО = (СН3 СОО)2Мg + Н2О,

2СН3 СООН + ZnО = (СН3 СОО)2 Zn + Н2О.

Химические свойства  серной кислоты.

Серная кислота диссоциирует  необратимо и является сильным электролитом.

Разбавленная H2SO4 взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением.

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

Окислительные свойства для разбавленной H2SO4 нехарактерны. Серная кислота образует два ряда солей: средние — сульфаты и кислые —гидросульфаты.

Серная кислота реагирует также с основными оксидами, образуя сульфат и воду:

Выводы по работе

Изучили классификацию  кислот, способы получения , области применения.

Исследовали физико – химические показатели кислот.

Источники информации

1.  Неорганическая химия / Под ред. Ю. Д. Третьякова. — М: Академия, 2004. 
2.  Танганов Б. Б. Химические методы анализа. — Улан-Удэ: Издательство ВСГТУ, 2005. 
3. Марч Дж. Органическая химия. Реакции, механизмы и структура. Т. 1 / Пер. с англ. З. Е. Самойловой, под ред. И. П. Белецкой. — М: Мир, 1987. — С. 340—346.
4.  Штейнгарц В. Д. Суперкислоты // Соросовский образовательный журнал. — 1999. — № 3. — С. 82—87.
5.  Мануйлов А. В., Родионов В. И. — Кислоты. Классификация кислот. Химические свойства. // Основы химии. Интернет-учебник.