Условия реакции нейтрализации. Реакция нейтрализации: определение, примеры, применение
Реакция нейтрализации считается одной из важнейших для кислот и оснований. Именно это взаимодействие предполагает образование воды в качестве одного из продуктов реакции.
Механизм
Проанализируем уравнение реакции нейтрализации на примере взаимодействия гидроксида натрия с соляной (хлороводородной) кислотой. Катионы водорода, образующиеся в результате диссоциации кислоты, связываются с гидроксид-ионами, которые образуются при распаде щелочи (гидроксида натрия). В итоге между ними протекает реакция нейтрализации
H+ + OH- → H 2 O
Характеристика химического эквивалента
Кислотно-основное титрование взаимосвязано с нейтрализацией. Что такое титрование? Это способ вычисления имеющейся массы основания либо кислоты. Он предполагает измерение количества щелочи либо кислоты с известной концентрацией, которое необходимо брать для полной нейтрализации второго реагента. Любая реакция нейтрализации предполагает применение такого термина как «химический эквивалент».
Для щелочи это то количество основания, которое в случае полной нейтрализации образует один моль гидроксид ионов. Для кислоты химический эквивалент определяется количеством, выделяемым при нейтрализации 1 моль катионов водорода.
Реакция нейтрализации протекает в полном объеме в том случае, если в исходной смеси находится равное количество химических эквивалентов основания и кислоты.
Грамм-эквивалентом считается масса основания (кислоты) в граммах, которые способны образовывать один моль гидроксид-ионов (катионов водорода). Для одноосновной кислоты (азотной, соляной), которые при распаде молекулы на ионы высвобождают по одному катиону водорода, химический эквивалент аналогичен количеству вещества, а 1 грамм-эквивалент соответствует молекулярной массе вещества. Для двухосновной серной кислоты, образующей в процессе электролитической диссоциации два катиона водорода, один моль соответствует двум эквивалентам. Поэтому в кислотно-основном взаимодействии ее грамм-эквивалент равен половине относительной молекулярной массы. Для трехосновной фосфорной кислоты при полной диссоциации, образующей три катиона водорода, один грамм-эквивалент будет равен трети относительной молекулярной массы.
Для оснований принцип определения аналогичен: грамм-эквивалент зависит от валентности металла. Так, для щелочных металлов: натрия, лития, калия - искомая величина совпадает с относительной молекулярной массой. В случае расчета грамм-эквивалента гидроксида кальция, данная величина будет равна половине относительной молекулярной массы гашеной извести.
Пояснение механизма
Попробуем понять, что представляет собой реакция нейтрализации. Примеры такого взаимодействия можно взять разные, остановимся на нейтрализации азотной кислоты гидроксидом бария. Попробуем определить массу кислоты, в которой нуждается реакция нейтрализации. Примеры расчетов приведем ниже. Относительная молекулярная масса азотной кислоты составляет 63, а гидроксида бария 86. Определяем число грамм-эквивалентов основания, содержащегося в 100 граммах. 100 г делим на 86 г/экв и получаем 1 эквивалент Ba(OH) 2 . Если рассматривать данную проблему через химическое уравнение, то можно составить взаимодействие следующим образом:
2HNO 3 + Ba(OH) 2 → Ba(NO 3) 2 + 2H 2 O
По уравнению отчетливо видна вся химия. Реакция нейтрализации здесь протекает полностью в том случае, когда два моль кислоты вступают в реакцию с одним моль основания.
Особенности нормальной концентрации
Ведя речь о нейтрализации, часто используют нормальную концентрацию основания или щелочи. Что представляет собой данная величина? Нормальность раствора демонстрирует то количество эквивалентов искомого вещества, которое существует в одном литре его раствора. С ее помощью проводят количественные вычисления в аналитической химии.
Например, если нужно определить нормальность и молярность 0,5 литра раствора, полученного после растворения 4 граммов гидроксида натрия в воде, сначала необходимо определить относительную молекулярную массу гидроксида натрия. Она составит 40, молярная масса будет 40 г/моль. Далее определяем количественное содержание в 4 граммах вещества, для этого делим массу на молярную, то есть, 4 г:40 г/моль, получаем 0,1 моль. Поскольку молярная концентрация определяется отношением количества моль вещества к общему объему раствора, можно вычислить молярность щелочи. Для этого 0,1 моль делим на 0,5 литра, в итоге получаем 0,2 моль/л, то есть, 0,2 М щелочи. Так как основание является однокислотным, его молярность численно равна нормальности, то есть соответствует 0,2 н.
Заключение
В неорганической и органической химии реакция нейтрализации, протекающая между кислотой и основанием, имеет особое значение. Благодаря полной нейтрализации исходных компонентов происходит реакция ионного обмена, полноту которой можно проверить с помощью индикаторов на кислую и щелочную среду.
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
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.
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.
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.
