Реакции нейтрализации. Конспект урока "реакция нейтрализации как пример реакции обмена"

В уроке 17 «» 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»

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 :

H + + OH — → H 2 O

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 HNO 3 , 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 H 2 SO 4 способна высвобождать два иона H + на молекулу, 1 молю H 2 SO 4 соответствуют два эквивалента, и поэтому в реакциях кислотно-основной нейтрализации грамм-эквивалент серной кислоты равен половине ее молекулярной массы. Грамм-эквивалент фосфорной кислоты H 3 PO 4 , 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 NH 3 , 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 HNO 3 необходимо для нейтрализации 100,0 г Ba(OH) 2 .

Первым делом выпишем молекулярные массы и грамм-эквиваленты для HNO3 и Ba(OH)2 :

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

100,0 г / 85,67 г/экв = 1,167 экв Ba(OH) 2

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 HNO 3:

1,167 экв × 63,01 г/экв = 73,53 г HNO 3

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

2HNO 3 + Ba(OH) 2 → Ba(NO 3) 2 + 2H 2 O

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:

0,5838 моля × 2 = 1,167 моля HNO 3

А в граммах это составит:

1,167 моля × 63,01 г/моль = 73,53 г HNO 3

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

Или нормальность раствора (н. ) показывает, сколько эквивалентов вещества содержится в 1 л его раствора. Например, по аналогии с молярной концентрацией, 1,00 М раствор H 3 PO 4 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 H 2 SO 4 . 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 H 2 SO 4 .

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

Нейтрализация – химическая реакция, происходящая между двумя составами, имеющими свойства кислоты и основания. В результате их взаимодействия происходит потеря свойств обоих веществ, что приводит к выделению соли и воды.

Сфера применения нейтрализации

Вычисления по этой реакции особенно часто используются:

в агрохимических лабораториях;
в химическом производстве;
при обработке отходов.

Метод нейтрализации применяется в клинических лабораториях для определения буферной емкости плазмы крови, кислотности желудочного сока. Активно используется и в фармакологии, когда нужно провести количественный анализ неорганических и органических кислот. Проводить этот процесс можно по всем правильно составленным уравнениям.

Внешние проявления нейтрализации

Процесс нейтрализации кислоты можно наблюдать, если вначале к раствору добавить несколько капель индикатора, который позволит изменить окраску раствора. Когда к этой смеси добавляется щелочь, то окраска полностью исчезает. Но стоит учитывать, что индикаторы меняют свою окраску не строго в эквивалентной точке, а с отклонением. Поэтому даже при правильном выборе индикатора допускается погрешность. Если же он был выбран неправильно, то все результаты оказываются искаженными.

В условиях школьной программы для этого применяют лимонную кислоту и нашатырный спирт. В качестве примера можно рассмотреть процесс реакции между соляной кислотой и едким натром. В результате их взаимодействия образовывается известный всем раствор пищевой соли в воде. Также в качестве индикаторов могут выступать:

метиловый оранжевый;
лакмус;
метиловый красный;
фенолфталеин.

Необходимо отметить, что реакция, обратная нейтрализации, называется гидролизом. Его результатом является образование слабой кислоты или основания.

При выборе нейтрализующего вещества обязательно учитываются:

промышленные свойства соединения;
доступность;
себестоимость.

Раньше в качестве нейтрализатора применяли окись магния. Сейчас она не пользуется популярностью, поскольку имеет высокую стоимость и вступает в реакцию достаточно медленно.

Виды реакции нейтрализации

В процессе взаимодействия сильного основания такой же сильной кислотой происходит смещение реакции в сторону образования воды. Вместе с тем этот процесс не доходит до конца, поскольку начинается гидролиз соли.

При нейтрализации слабой кислоты сильным основанием можно говорить об обратимой реакции. Как правило, в таких системах протекание реакции смещается в сторону образования соли, поскольку вода является более слабым электролитом, чем, например, синильная, уксусная кислота или аммиак.

Скорость процесса нейтрализации изменяется в зависимости от специфики используемых веществ. Например, при применении NaOH необходимая степень кислотности появляется практически сразу же. СаО приводит к возникновению нужной реакции только через 15-20 минут, а MgO – через 45 минут. При этом в последних двух случаях наиболее сильное понижение кислотности наблюдается в первые 5 минут после того как было внесено нейтрализующее вещество. Если скорость процесса не очень высокая, то еще больше его начинает тормозить вторичное окисление.

Выделение тепла в процессе нейтрализации

Часто это происходит под воздействием азотной кислоты. Чем выше ее количество, тем больше выделяется тепла. При получении поваренной соли воздействие тепла приводит к нежелательным последствиям, поскольку она начинает разлагаться с выделением хлора. Из-за выделения тепла можно говорить о том, что все реакции нейтрализации являются экзотермическими. Его выделение происходит из-за возникновения разницы между суммарной энергией ионов Н+ и ОН-, а также энергией образования молекул воды.

Существующее в неорганической химии понятие “реакция нейтрализации” подразумевает химический процесс, в котором взаимодействуют вещества с кислотными и основными свойствами, в результате чего происходит потеря участниками реакции и тех и других характерных химических свойств. Реакция нейтрализации в микробиологии имеет то же глобальное значение, продукты ее теряют свои биологические свойства. Но, разумеется, это совершенно иной процесс с другими участниками и итогами. И биологическое свойство, о котором идет речь и которое прежде всего интересует врачей и ученых, — это способность микроорганизма вызывать заболевание или гибель восприимчивого животного.

Области применения

Чаще всего этот метод исследования используется для идентификации вирусов, то есть диагностики вирусных заразных болезней. Причем тест может быть направлен как на выявление самого возбудителя, так и антител к нему.

В бактериологии эту методику обычно применяют для выявления антител к ферментам бактерий, таких как антистрептолизины, антистафилолизины, антистрептокиназы.

Каким образом проводится этот тест

Реакция нейтрализации основана на способности антител — особых иммунных белков крови — нейтрализовать антигены — чужеродные агенты, попадающие в организм. Если необходимо обнаружение возбудителя и его идентификация, тогда смешивают стандартную иммунную сыворотку, содержащую антитела, с биологическим материалом. Полученная смесь выдерживается в термостате нужное время и вводится в живую восприимчивую систему.

Таковыми являются лабораторные животные (крысы, мыши), куриные эмбрионы, культуры клеток. При отсутствии биологического действия (болезни или смерти животного) можно сделать вывод о том, что это именно тот вирус, стандартную сыворотку к которому использовали. Так как, как уже было сказано, признаком того, что реакция прошла, является потеря вирусом биосвойств (способности вызывать смерть животного) вследствие взаимодействия антител сыворотки и антигенов вируса. При определении токсических веществ алгоритм действий тот же, но есть варианты.

Если исследуют какой-либо субстрат, содержащий токсин, тогда его смешивают со стандартной сывороткой. В случае изучения последней применяют контрольное токсическое вещество. Чтобы пошла реакция нейтрализации, эта смесь также инкубируется заданное время и вводится восприимчивой системе. Техника оценки результата точно такая же.

В медицинской и ветеринарной практике используемая как диагностический тест реакция нейтрализации вирусов проводится в так называемой методике парных сывороток.

Это способ подтверждения диагноза какого-либо вирусного заболевания. Для его проведения у больного человека или животного берут дважды — в начале заболевания и через 14-21 дней после этого.

Если после проведения теста обнаруживается увеличение количества антител к вирусу в 4 и более раза, то диагноз можно считать подтвержденным.

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:

HCl + NaOH → NaCl + H 2 O.

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).

Раствор двух активных соединений превратился в воду за счёт обмена натрием и хлором, поэтому ионное уравнение данной реакции выглядит следующим образом:

H + + OH - → H 2 O.

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:

H 2 SO 4 + 2KOH → K 2 SO 4 + 2H 2 O;
HNO 3 + KOH → KNO 3 + H 2 O.

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

H 2 SO 3 + 2NaOH ↔ Na 2 SO 3 + 2H 2 O;
Fe(OH) 3 + H 3 PO 4 ↔ FePO 4 + 3H 2 O.

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:

Cu(OH) 2 + 2HNO 3 ↔ Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O.

Рис. 2. Взаимодействие гидроокиси меди с кислотой.

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.

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

РЕАКЦИЯ СРЕДЫ - РЕАКЦИЯ СРЕДЫ, термин, употребляемый в химии и характеризующийся соотношением водородных и гидроксильных ионов. Р. с. является кислой, если в растворе преобладают водородные ионы; раствор обнаруживает в атом случае свойства к^гы. В случае… … Большая медицинская энциклопедия