📘 CodingMarble Learn

Кислоты, основания, соли и титрование

Неорганические вещества делятся на четыре большие группы: оксиды, кислоты, основания и соли. Они связаны между собой: металл даёт основный оксид, оксид даёт основание, а основание с кислотой даёт соль и воду. Титрование использует эту реакцию нейтрализации, чтобы узнать неизвестную концентрацию: раствор основания с известной концентрацией по каплям добавляют из бюретки, пока вся кислота не израсходуется (точка эквивалентности). Тогда n(кислоты) = n(основания) по уравнению реакции, а для реакции 1 : 1 верно C₁V₁ = C₂V₂.

🎬 История по шагам

  1. Почти все неорганические вещества относятся к четырём классам: кислоты, основания, соли и оксиды. У каждого класса есть свой узор в формуле.
  2. Классы связаны, как родословное древо. Металл сгорает и даёт основный оксид. Оксид с водой даёт основание. Основание с кислотой даёт соль.
  3. Теперь используем последнюю реакцию для измерения. В колбе 25 мл кислоты. В бюретке основание, крепость которого мы знаем.
  4. Мы добавляем основание медленно. Сначала pH растёт совсем чуть-чуть, потому что кислоты ещё много и она «съедает» основание.
  5. Около 25 мл кислота вся израсходована. Ещё одна капля, и pH скачет примерно с 3 до 11. Индикатор становится розовым. Это точка эквивалентности.
  6. Теперь твой ход. Двигай ползунок и добавляй основание. Найди точный объём, при котором цвет меняется, и прочитай pH.

Совет: тяни 3D-сцену, чтобы повернуть её. Двумя пальцами можно приблизить.

🤔 Частые сомнения — разобраны

Почему NH₃ – основание, если в формуле нет OH?

По теории Брёнстеда–Лоури основание – это тот, кто забирает протон. NH₃ забирает H⁺ у воды и образует NH₄⁺ + OH⁻.

Почему оксид металла основный, а оксид неметалла кислотный?

Оксиды металлов с водой дают гидроксиды (CaO → Ca(OH)₂), а оксиды неметаллов дают кислоты (SO₂ → H₂SO₃). Проследи цепочку на шаге 2.

Зачем нужна бюретка, а не просто мерный цилиндр?

Бюретка измеряет с точностью до 0,05 мл и позволяет добавлять по одной капле, поэтому можно остановиться точно в момент смены цвета.

Почему pH почти не меняется первые 20 мл?

Кислоты ещё много. Каждый мл убирает лишь малую долю H⁺, а pH – логарифмическая шкала. Посмотри на короткие столбики на шаге 4.

Почему одна капля меняет цвет?

Возле эквивалентности кислоты почти нет, поэтому одна капля основания превращает раствор из слегка кислого в щелочной, и pH попадает в диапазон индикатора.

Всегда ли точка эквивалентности при pH 7?

Только для сильной кислоты + сильного основания. У слабой кислоты + сильного основания она выше 7, у сильной кислоты + слабого основания ниже 7.

Четыре класса неорганических веществ

Оксиды – это соединения элемента с кислородом, например CaO или CO₂. Оксиды металлов обычно основные, оксиды неметаллов обычно кислотные, а некоторые, например Al₂O₃ и ZnO, амфотерные (они реагируют и с кислотами, и с основаниями).

Кислоты отдают в воде ионы H⁺ (HCl, H₂SO₄, HNO₃). Основания дают ионы OH⁻ или принимают H⁺ (NaOH, Ca(OH)₂, NH₃). Основание, которое растворяется в воде, называется щёлочью. Соли состоят из иона металла (или NH₄⁺) и кислотного остатка (NaCl, CuSO₄, NH₄NO₃).

Теории кислот и оснований, которые нужно знать

Названия кислот, оснований и солей

Генетическая связь между классами

Один элемент можно проследить по всем классам, как линию рода:

Металл: Ca → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃ (2Ca + O₂ → 2CaO; CaO + H₂O → Ca(OH)₂; Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O)

Неметалл: S → SO₂ → H₂SO₃ → Na₂SO₃

Обе линии встречаются в соли. Соли получают разными способами: кислота + основание, кислота + металл, кислота + основный оксид, основание + кислотный оксид и кислота + карбонат.

Что такое титрование

Титрование позволяет найти неизвестную концентрацию раствора: его заставляют реагировать с раствором известной концентрации (стандартным раствором, или титрантом).

  1. Пипеткой отмерь точный объём (например, 25,0 мл) неизвестной кислоты в коническую колбу. Добавь 2–3 капли индикатора.
  2. Заполни бюретку стандартным раствором основания. Запиши начальный объём по нижнему краю мениска, глядя на уровне глаз.
  3. Добавляй основание, постоянно перемешивая. Ближе к концу добавляй по капле.
  4. Остановись при первом стойком изменении цвета: это конечная точка. Запиши итоговое показание. Повторяй, пока два результата не совпадут с точностью 0,10 мл (согласованные результаты).

Точка эквивалентности – момент, когда количества молей кислоты и основания точно соответствуют уравнению. Конечная точка – момент, когда меняет цвет индикатор. Хороший индикатор делает их почти одинаковыми.

Кривые титрования и выбор индикатора

Если нанести pH против объёма добавленного основания, получится S-образная кривая титрования.

Правило: выбирай индикатор, у которого диапазон смены цвета попадает в крутую часть кривой.

Расчёты при титровании

Количество вещества = концентрация (моль/л) × объём (л). Используй соотношение из уравнения реакции.

Для HCl + NaOH (1 : 1): CaVa = CbVb.

Для H₂SO₄ + 2NaOH: n(NaOH) = 2 × n(H₂SO₄), поэтому 2CaVa = CbVb.

До эквивалентности (сильная кислота): [H⁺] = (оставшееся количество кислоты) ÷ (общий объём). После: [OH⁻] = (избыток основания) ÷ (общий объём), затем pH = 14 − pOH (при 25 °C).

Главные формулы и определения

Разобранные примеры

1. Назови: (a) HNO₂ (b) K₂SO₄ (c) Fe(OH)₂ (d) NaHCO₃.

(a) азотистая кислота (меньше O → «-истая»). (b) сульфат калия (соль серной кислоты). (c) гидроксид железа(II). (d) гидрокарбонат натрия, кислая соль.

2. Запиши генетическую цепочку для магния, которая заканчивается хлоридом магния.

2Mg + O₂ → 2MgO; MgO + H₂O → Mg(OH)₂; Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O.

3. На 25,0 мл HCl ушло 20,0 мл 0,100 М NaOH. Найди [HCl].

n(NaOH) = 0,100 × 0,0200 = 0,00200 моль = n(HCl). C = 0,00200 ÷ 0,0250 = 0,0800 М.

4. 20,0 мл H₂SO₄ нейтрализуют 32,0 мл 0,250 М NaOH. Найди [H₂SO₄].

n(NaOH) = 0,250 × 0,0320 = 0,00800 моль. H₂SO₄ : NaOH = 1 : 2, поэтому n(H₂SO₄) = 0,00400 моль. C = 0,00400 ÷ 0,0200 = 0,200 М.

5. Есть 25,0 мл 0,100 М HCl. Найди pH после добавления 20,0 мл 0,100 М NaOH.

Кислоты 0,00250 моль, основания 0,00200 моль. Осталось H⁺ = 0,000500 моль в 45,0 мл. [H⁺] = 0,000500 ÷ 0,0450 = 0,0111 М. pH = 1,95.

6. Та же колба, после добавления 30,0 мл NaOH. Найди pH.

Основания 0,00300 моль, избыток OH⁻ = 0,000500 моль в 55,0 мл. [OH⁻] = 0,00909 М, pOH = 2,04, pH = 11,96. pH подскочил с примерно 2 до 12 всего за 10 мл – это крутая часть кривой.

Частые ошибки

Тренировочный тест

1. Какой оксид амфотерный?
2. Соль сернистой кислоты называется:
3. При титровании CH₃COOH раствором NaOH лучший индикатор:
4. В точке эквивалентности HCl + NaOH при 25 °C значение pH равно:
5. Количество NaOH в 15,0 мл раствора 0,200 М:

Практика: отвечай сам

Введи или выбери ответ и нажми «Проверить». Если застрял, возьми подсказку; полное решение появится после ответа.

Частые вопросы

Что такое титрование простыми словами?

Это когда раствор известной крепости по каплям добавляют к другому, пока они не прореагируют полностью, и так узнают неизвестную крепость.

Чем конечная точка отличается от точки эквивалентности?

Точка эквивалентности: количества молей кислоты и основания совпадают по уравнению. Конечная точка: индикатор меняет цвет. Хороший индикатор делает их почти равными.

Как называют соли?

Сначала называют кислотный остаток, потом металл: соли серной кислоты – сульфаты, сернистой – сульфиты, соляной – хлориды.

Где это изучают

USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Chemical Reactions
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Thermochemistry
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Acids and Bases
Russia11 классTheoretical foundations of chemistry

Сначала изучи

Дальше изучай