Reacción de neutralización. Reacción de neutralización: definición, ejemplos, aplicación ¿Qué se llama reacción de neutralización?

En las interacciones protolíticas consideradas hasta ahora (ionización de electrolitos débiles e hidrólisis de iones salinos), el componente obligatorio era el agua, cuyas moléculas, que presentaban las propiedades de un anfolito, actuaban como donante o aceptor de un protón, asegurando la aparición de estas interacciones. Ahora consideremos la interacción directa de ácidos y bases entre sí, es decir. reacciones de neutralización.

Una reacción de neutralización es la interacción protolítica de un ácido y una base, que da como resultado la formación de sal y agua.

Dependiendo de la fuerza del ácido y la base involucrados, la reacción de neutralización puede ser prácticamente irreversible o reversible en diversos grados.

Cuando cualquier ácido fuerte interactúa con cualquier base fuerte (álcali), debido al hecho de que estos reactivos están completamente disociados en iones, la esencia de dicha reacción, independientemente de la naturaleza de los reactivos, se expresa mediante la misma ecuación iónica molecular:

En el proceso de neutralización de un ácido fuerte con un álcali, el pH del sistema cambia, correspondiente a la curva de neutralización que se muestra en la figura. 8.1. La curva de neutralización en este caso se caracteriza por un salto grande y brusco en el pH cerca del estado de equivalencia (Veq). La mitad de este salto corresponde al punto de equivalencia, en el que [H + ] = [OH-] = = 1 10 -7 mol/l, es decir, pH = 7.

Los rasgos característicos de la reacción de neutralización de un ácido fuerte con un álcali y viceversa son:

Irreversibilidad;

exotérmicidad ( H 0= -57,6 kJ/mol);

Velocidad muy alta, ya que solo interactúan los iones móviles H + y OH-;

El salto de pH durante la neutralización es grande y brusco;

Punto de equivalencia a pH = 7.

Estas características de la reacción de neutralización entre ácidos y bases fuertes han asegurado su uso generalizado en la práctica analítica para la determinación cuantitativa de ácidos y bases en los objetos en estudio.

El caso más común de una reacción de neutralización es la interacción de ácidos y bases que difieren en fuerza. Consideremos la neutralización de un ácido débil HA con una base fuerte (álcali):

Dado que HA y H20 son electrolitos débiles, el equilibrio protolítico se produce debido a la competencia por el protón entre las bases fuertes OH- y A- y, por tanto, esta reacción de neutralización se caracterizará por las siguientes características:

Reversibilidad;

El salto de pH durante la neutralización es pequeño y menos brusco (Fig. 8.2), y al disminuir la fuerza del ácido disminuye y se suaviza;

El punto de equivalencia se sitúa a pH > 7, ya que en el sistema se produce la reacción de hidrólisis del anión con formación de aniones OH-, cuantos más, más débil es el ácido;

V E KB), cuando se agrega 50% de álcali y [HA] = [A-], el valor de pH en el sistema es numéricamente igual al valor pk un de este ácido débil.

La última posición se desprende de la ecuación: pH = pk un+lg ([A-]/[NA]), según el cual a [A - ] = [HA] pH = pk un(ya que lg ([A-]/[HA]) = 0). Esta circunstancia permite no solo determinar el valor. pk unácido débil, pero también resuelve el problema inverso: por valor pk un determinar qué ácido débil hay en el sistema.

Las reacciones de neutralización de bases de diferente fuerza con un ácido fuerte (Fig. 8.3) se caracterizan por características de procesos protolíticos de equilibrio similares a los indicados anteriormente. Sin embargo, es necesario comprender y recordar que las siguientes características son características de la neutralización de bases débiles:

-
el punto de equivalencia está en el pH< 7 из-за проте­кающей параллельно реакции гидролиза по катиону с образо­ванием катионов Н + ;

En estado de semi-neutralización (1/2 V E KB), cuando se agrega 50% de ácido y [B] = [BH + ], el valor de pH en el sistema es numéricamente igual al valor de pK (BH +) del ácido conjugado de una base débil dada.

Así, el estudio de la reacción de neutralización permite determinar no solo el contenido de ácidos y bases en el sistema, sino también el valor. pk un electrolitos débiles, incluidas las proteínas, así como sus puntos isoeléctricos.

Las reacciones de neutralización (el proceso de interacción entre un ácido y una base) van acompañadas de un efecto térmico. El resultado es sal y agua. Las reacciones de neutralización proceden de forma irreversible sólo cuando los ácidos fuertes son neutralizados por bases fuertes.

Por ejemplo:

K + + OH - + H + + Cl - = K + + Cl - + H 2 O

La irreversibilidad de tales reacciones se debe al hecho de que en los sistemas resultantes el único compuesto muy ligeramente disociado es el agua. La forma iónica de la ecuación en este caso es:

H + + OH - = H 2 O

La excepción son aquellas reacciones que van acompañadas, además de agua, de la formación de un compuesto difícilmente soluble, por ejemplo:

Ba 2+ + 2OH - + 2H + + SO 4 2- =  BaSO 4 + 2H 2 O

Además, si en la reacción intervienen cantidades estrictamente equivalentes de un ácido fuerte y un álcali fuerte, entonces las concentraciones de iones H + y OH - siguen siendo las mismas que en el agua, es decir, el ambiente se vuelve neutral. Se ha establecido que cuando se neutraliza un equivalente de un ácido fuerte (álcali) con un equivalente de un álcali fuerte (ácido), siempre se liberan 57,22 kJ (13,7 kcal). Por ejemplo:

NaOH + HCl -= NaCl + H 2 O, H= - 13,7 kcal

Esto sucede porque la reacción de neutralización de un ácido fuerte (álcali) con un álcali fuerte (ácido) siempre irá acompañada de la reacción de formación de agua, y el calor de formación de un mol de agua a partir de iones es igual a 57,22 kJ. (13,7 kilocalorías).

Al neutralizar un ácido débil (álcali) con un álcali fuerte (ácido), se liberarán más o menos de 57,22 kJ (13,7 kcal) de calor (Tabla I del Apéndice).

Ejemplos de otros tipos de reacciones de neutralización.

ácido débil con base fuerte:

CH 3 COOH + KOH  CH 3 COCINAR + H 2 O

CH 3 COOH + OH -  CH 3 COO - +H 2 O

base débil con ácido fuerte:

NH 4 OH + HNO 3  NH 4 NO 3 + H 2 O

NH 4 OH +H +  NH 4 + +H 2 O

3) base débil con ácido débil:

NH 4 OH + CH 3 COOH  CH 3 COONH 4 + H 2 O

NH 4 OH + CH 3 COOH  NH 4 + + CH 3 COO - + H 2 O

En los sistemas resultantes, el equilibrio está fuertemente desplazado hacia la derecha, es decir hacia la formación de agua, pero no del todo, ya que el agua que contienen no es la única sustancia ligeramente disociada.

Con cantidades estrictamente equivalentes, el primer sistema tiene una reacción ligeramente alcalina, el segundo tiene una reacción ligeramente ácida y el tercero tiene una reacción neutra. En el último caso, la neutralidad del sistema no significa que esta reacción sea irreversible, sino que es consecuencia de la igualdad de las constantes de disociación del NH 4 OH y el ácido acético.

Ejercicio

Experiencia 1.

Neutralización del ácido sulfúrico con hidróxido de sodio en dos etapas.

1) mida 50 ml de una solución molar de ácido sulfúrico H 2 SO 4 en un calorímetro;

2) medir la temperatura de la solución ácida t 1 en el calorímetro;

3) verter rápidamente (y sin pérdidas) 25 ml de una solución alcalina bimolar de NaOH de un recipiente en el ácido y mezclar cuidadosamente la solución resultante de la sal ácida NaHS0 4 (volumen V1);

4) determinar la temperatura t 2 de la solución después de la reacción, que se desarrolla según la ecuación:

H 2 SO 4 + NaOH = NaHSO 4 + H 2 O H 1 =? (1)

donde H 1 es el calor de reacción;

5) determine la diferencia de temperatura t 1 = t 2 – t 1 y el volumen V 1 de la solución resultante;

6) agregue rápidamente los 25 ml restantes de solución alcalina a la solución de NaHSO 4 resultante, mezcle y determine la temperatura de la solución t 3 . En este caso, la sal ácida se convierte en una sal media según la reacción:

NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O H 2 =? (2)

donde H 2 es el calor de reacción;

7) determine la diferencia de temperatura t 2 = t 3 – t 2 y el volumen V 2 de la solución resultante;

8) registre los resultados del experimento en la tabla. 1;

tabla 1

________________________________________________________________

| 50 | 25 | t 1 | 1.09 (V1) | 5.02 (V1) | H1 |

| | 25 | t 2 | 1.12 (V2) | 6,28 (V) | H2 |

|________________________________________________________________|

Experiencia 2.

Neutralización del ácido sulfúrico con sosa cáustica en una sola etapa.

Realice el experimento en el siguiente orden:

1) mida 50 ml de una solución molar de ácido sulfúrico H 2 SO 4 en un calorímetro;

2) medir la temperatura de la solución ácida t 4 en un calorímetro;

3) verter rápidamente (y sin pérdidas) 50 ml de una solución alcalina bimolar de NaOH de un recipiente en el ácido y mezclar cuidadosamente la solución resultante de sal promedio Na 2 S0 4;

4) determinar la temperatura t 5 de la solución de la reacción de neutralización completa,

H 2 SO 4 + 2 NaOH = Na 2 SO 4 + 2 H 2 O: H 3 (3)

donde H 3 es el calor de reacción;

5) determine la diferencia de temperatura t 3 = t 5 – t 4 y el volumen V 3 de la solución resultante;

6) ingrese los resultados del experimento en la tabla. 2;

Tabla 2 ___

_____________________________________________________________

| Volumen de solución, ml | Diferencia | Densidad | Capacidad calorífica | Observables |

|_________________|temperatura- | solución, | J/(g.K) | calidez, |

| H2SO4 | NaOH | recorrido,  C | gramos/mol | | kJ/mol |

|________________________________________________________________|

| 50 | 50 | t 3 | 1.12 | C3 = 6,28 | H3 |

|________________________________________________________________|

9) calcule la entalpía (H 1, H 2,H 3) de la reacción de neutralización usando la fórmula:

10) calcular el calor total H 1 + H 2 de la reacción de neutralización;

11) comparar el valor del calor total de reacción H 1 + H 2 con el valor de H 3 y sacar las conclusiones apropiadas;

12) calcular los errores absolutos y relativos al determinar el calor de reacción (3);

13) escriba la ecuación de reacción (1, 2 y 3) en forma de ecuaciones termoquímicas.

Resultados del trabajo

Realizaremos un experimento para neutralizar el ácido sulfúrico con sosa cáustica en dos etapas.

Mesa1

Realizaremos un experimento para neutralizar el ácido sulfúrico con sosa cáustica en una etapa.

de acuerdo con el esquema descrito anteriormente, y los resultados de la medición se ingresarán en la tabla.

Mesa 2

Calculemos la entalpía (H 1, H 2,H 3) de la reacción de neutralización usando la fórmula:

H = V * d * C * t * 10 * 0,001,

donde H es el correspondiente calor de reacción; V es el volumen de la solución salina resultante, ml; d es la densidad de esta solución, g/cm3; C es la capacidad calorífica específica de la solución, J(kcal); t es la diferencia correspondiente en las temperaturas observadas antes y después de la reacción, °C; 10 es el factor de conversión del calor de reacción por equivalente tomado para neutralizar el ácido; 0,001 - factor de conversión, kJ (kcal);

H 1 = 75 * 1,09 * 5,02 * * 10 * 0,001 = 40,92 kJ

H 2 = 100 * 1,12 * 6,28 * * 10 * 0,001 = 19,06 kJ

H 3 = 100 * 1,12 * 6,28 * * 10 * 0,001 = 60,77 kJ

Calculemos el calor total H 1 + H 2 de la reacción de neutralización:

H 1 H 2 = 59,98 kJ

Comparando el valor del calor total de reacción H 1 + H 2 con el valor de H 3 vemos que son casi iguales. Esto sugiere que el efecto térmico de una reacción química que ocurre a presión constante o a volumen constante no depende de la ruta de reacción, sino que depende únicamente de la naturaleza de las sustancias iniciales y finales y de su estado (ley de Hess).

Calculemos los errores absolutos y relativos al determinar el calor de reacción (3).

El calor estándar de formación de un mol de agua es H 0 = 57,22 kJ.

Error absoluto al determinar el calor de reacción:

|H 3 -H 0 | = |60,77 – 57,22| = 3,55 kJ.

Error relativo al determinar el calor de reacción:

|H 3 -H 0 | /H 0 = 3,55/57,22 = 6,2%

Escribamos las ecuaciones de reacción (1, 2 y 3) en forma de ecuaciones termoquímicas:

H 2 SO 4 + NaOH = NaHSO 4 + H 2 O, H 1 = 41 kJ;

NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 4 + H 2 O, H 2 = 19 kJ;

H 2 SO 4 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + 2H 2 O, H 3 = 61 kJ.

Conclusión sobre el trabajo.

El principio básico en el que se basan todos los cálculos termoquímicos fue establecido en 1840 por el químico ruso académico G. I. Hess. Este principio, conocido como ley de Hess y que es un caso especial de la ley de conservación de la energía, puede formularse de la siguiente manera: “El efecto térmico de una reacción depende únicamente de los estados inicial y final de las sustancias y no depende del etapas intermedias del proceso. Y lo demostramos preparando una solución de sulfato de sodio a partir de soluciones de ácido sulfúrico e hidróxido de sodio de dos maneras.

Resultado:

Según la ley de Hess, el efecto térmico es el mismo en ambos casos.

Neutralización- una reacción química que ocurre entre dos compuestos que tienen las propiedades de un ácido y una base. Como resultado de su interacción, se pierden las propiedades de ambas sustancias, lo que conduce a la liberación de sal y agua.

Alcance de la neutralización

Los cálculos para esta reacción se utilizan especialmente:

• en laboratorios de agroquímicos;
• en producción química;
• al procesar residuos.

El método de neutralización se utiliza en laboratorios clínicos para determinar la capacidad tampón del plasma sanguíneo y la acidez del jugo gástrico. También se utiliza activamente en farmacología, cuando es necesario realizar un análisis cuantitativo de ácidos orgánicos e inorgánicos. Este proceso se puede llevar a cabo utilizando todas las ecuaciones compuestas correctamente.

Manifestaciones externas de neutralización.

El proceso de neutralización ácida se puede observar si primero se agregan a la solución unas gotas de un indicador, lo que cambiará el color de la solución. Cuando se agrega álcali a esta mezcla, el color desaparece por completo. Pero vale la pena considerar que los indicadores cambian de color no estrictamente en el punto equivalente, sino con una desviación. Por lo tanto, incluso con la elección correcta del indicador, se permiten errores. Si se eligió incorrectamente, todos los resultados estarán distorsionados.

En el plan de estudios escolar se utilizan para ello ácido cítrico y amoníaco. Como ejemplo, podemos considerar el proceso de reacción entre el ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio. Como resultado de su interacción, se forma la conocida solución de sal de mesa en agua. Los siguientes también pueden servir como indicadores:

• naranja de metilo;
• tornasol;
• rojo de metilo;
• fenolftaleína.

Cabe señalar que la reacción opuesta a la neutralización se llama hidrólisis. Su resultado es la formación de un ácido o una base débil.

Al elegir un agente neutralizante se debe tener en cuenta lo siguiente:

• propiedades industriales del compuesto;
• disponibilidad;
• precio de coste.

Anteriormente se utilizaba óxido de magnesio como neutralizador. Hoy en día no es popular porque es caro y reacciona con bastante lentitud.

Tipos de reacción de neutralización.

Cuando una base fuerte reacciona con un ácido igualmente fuerte, la reacción se desplaza hacia la formación de agua. Sin embargo, este proceso no llega a completarse, ya que comienza la hidrólisis de la sal.

Cuando un ácido débil es neutralizado por una base fuerte, podemos hablar de una reacción reversible. Como regla general, en tales sistemas la reacción se desplaza hacia la formación de sal, ya que el agua es un electrolito más débil que, por ejemplo, el ácido cianhídrico, el ácido acético o el amoníaco.

La velocidad del proceso de neutralización varía según las sustancias específicas utilizadas. Por ejemplo, cuando se utiliza NaOH, el grado de acidez requerido aparece casi de inmediato. CaO conduce a la reacción deseada solo después de 15 a 20 minutos, y MgO, después de 45 minutos. Además, en los dos últimos casos, la mayor disminución de la acidez se observa en los primeros 5 minutos después de la adición de la sustancia neutralizante. Si la velocidad del proceso no es muy alta, entonces la oxidación secundaria comienza a ralentizarlo aún más.

Liberación de calor durante el proceso de neutralización.

Esto ocurre a menudo bajo la influencia del ácido nítrico. Cuanto mayor es su cantidad, más calor se libera. Al preparar sal de mesa, la exposición al calor tiene consecuencias indeseables, ya que comienza a descomponerse y liberar cloro. Debido a la liberación de calor, podemos decir que todas las reacciones de neutralización son exotérmicas. Su liberación se produce debido a la diferencia entre la energía total de los iones H+ y OH-, así como la energía de formación de las moléculas de agua.

Tema de la lección: "La reacción de neutralización como ejemplo de reacción de intercambio"

El propósito de la lección: Formar una idea de la reacción de neutralización como un caso especial de reacción de intercambio.

Tareas:

Crear condiciones para el desarrollo de ideas sobre la reacción de neutralización como un caso especial de reacción de intercambio;

Ampliar el conocimiento de los estudiantes sobre las propiedades de los ácidos y bases;

Continuar desarrollando habilidades en la elaboración de ecuaciones de reacciones químicas;

Cultivar la observación y la atención durante el experimento de demostración.

tipo de lección : combinado

Equipos y reactivos. : ácido clorhídrico, soluciones de hidróxido de sodio, hidróxido de cobre (II), fenolftaleína, tubos de ensayo.

durante las clases

Organizar el tiempo.

Chicos, continuemos nuestro viaje por el país llamado Química. En la última lección, conocimos una ciudad llamada Foundations y sus habitantes. Los principales habitantes de una determinada ciudad son los cimientos. Defina el concepto de “fundación”. Bueno, ahora veamos cómo hiciste tu tarea.

Revisando la tarea.

№ 7, 8.

Encuesta y posterior actualización de conocimientos.

¿Qué clases de sustancias inorgánicas conoces?

Defina los términos “óxidos”, “ácidos”, “sales”.

¿Con qué sustancias reacciona el agua?

¿Qué sustancias se forman cuando el agua reacciona con óxidos básicos y ácidos?

¿Cómo demostrar que el ácido se forma como resultado de la interacción del agua con un óxido de ácido?

¿Qué son los indicadores?

¿De qué indicador estamos hablando?

El álcali me pone amarillo, como con fiebre,

Me sonrojo por los ácidos, como por vergüenza.

Y estoy buscando salvar la humedad,

Para que ese miércoles no pudiera comerme.

(naranja de metilo)

Es de mala suerte para él caer en ácido.

Pero lo soportará sin suspirar ni llorar.

Pero en álcalis tan rubio.

Lo que comenzará no es vida, sino puras frambuesas.

(fenolftaleína.)

¿Qué otros indicadores conoces?

Defina los términos “óxido ácido” y “óxido básico”.

¿En qué grupos se dividen las bases?

¿De qué color adquieren la fenolftaleína, el naranja de metilo y el tornasol en una solución alcalina?

Aprender material nuevo.

Ya sabes que los álcalis son bases solubles, a la hora de trabajar con ellos hay que seguir reglas especiales de comportamiento seguro, ya que tienen un efecto corrosivo en nuestra piel. Pero se pueden "neutralizar" agregándoles una solución ácida, neutralizándolos. Y el tema de la lección de hoy: “La reacción de neutralización como ejemplo de reacción de intercambio” (escribe el tema en la pizarra y en un cuaderno).

El propósito de la lección de hoy: formarse una idea de la reacción de neutralización; Aprenda a escribir ecuaciones para reacciones de neutralización.

Recordemos qué tipos de reacciones químicas ya conoces. Determinar el tipo de datos de reacción.

N / A 2 oh + h 2 oh = 2 NaOH

2H 2 oh = 2H 2 +O 2

Zn + 2HCl =ZnCl 2 +H 2

Defina estos tipos de reacciones.

También sabes que si agregas fenolftaleína al álcali, la solución se volverá de color carmesí. Pero si se agrega ácido a esta solución, el color desaparece (interacciones dem.NaOHYHCl). Esta es una reacción de neutralización.

Escribiendo la ecuación en la pizarra:NaOH + HCl= NaCl +h 2 oh

El resultado es sal y agua.

Intentemos todos juntos definir la reacción de neutralización.

La reacción de neutralización no pertenece a ninguno de los tipos de reacciones conocidos hasta ahora. Esta es una reacción de intercambio. Esquema general de la reacción de intercambio: AB + CD = AD + CB

Es decir, se trata de una reacción entre sustancias complejas, durante la cual intercambian sus componentes.

¿Quién sabe qué ácido hay en nuestro estómago? ¿Por qué crees que si tienes acidez de estómago se recomienda, si no tienes una pastilla a mano, beber un poco de solución de refresco?

El caso es que la solución de refresco también tiene un ambiente alcalino y cuando bebemos esta solución se produce una reacción de neutralización. Una solución de refresco neutraliza el ácido clorhídrico que se encuentra en nuestro estómago.

¿Crees que las bases insolubles reaccionan con los ácidos? (Respuestas de los estudiantes). Dem. Interacciones Cu(OH) 2 Y HCl .

Escribiendo la ecuación en la pizarra:Cu(OH) 2 + 2 HCl = CuCl 2 + 2 h 2 oh.

Consolidación

Complete las siguientes ecuaciones de reacción:

A) KOH+H 2 ENTONCES 4 = …;

b)Fe(OH) 2 + HCl =…;

V) Ca(OH) 2 +H 2 ENTONCES 4 =…. .

Qué materiales de partida se deben tomar para obtener las siguientes sales mediante una reacción de neutralización:California( NO 3 ) 2 ; NaI; BaSO 4.

Sustancias dadas:HCl; h 2 ENTONCES 4 ; fe( OH) 3 . Escriba ecuaciones para todas las posibles reacciones de neutralización entre ellas.

Minuto de educación física: El maestro muestra sustancias y los estudiantes deben determinar a qué clase de sustancias pertenece la sustancia y realizar las siguientes acciones: óxido - manos arriba, sal - ponerse de pie, ácido - manos a los lados, bases - no hacer nada.

Generalización

Completa el diagrama propuesto.

Principales clases de sustancias inorgánicas.

CO 2 ; N / A 2 ¿Oh? ? ?

norte 2 ENTONCES 4 ; HClNaOH;Ca(OH) 2 CaCl 2; N / A 2 ENTONCES 4

2.Completa las siguientes frases:

Un grupo de átomos OH se llama...

La valencia de este grupo es constante e igual a...

Las bases están formadas por átomos... y uno o más... .

Las propiedades químicas de las bases incluyen su efecto sobre .... En este caso, los indicadores adquieren color: tornasol - ....; fenolftaleína - ....; naranja de metilo - ... .

Además, las bases reaccionan con... .

Esta reacción se llama reacción...

Los productos de esta reacción son... Y …. .

Una reacción de intercambio es una reacción entre... Sustancias en las que intercambian sus ... partes.

La reacción de neutralización es un caso especial de la reacción....

VII Reflexión

¿Qué cosas nuevas aprendiste en la lección de hoy? ¿Hemos logrado los objetivos marcados en la lección?

Tarea: § 33 No. 6, prepárate para el trabajo práctico No. 6

Información adicional:¿Sabías que las mujeres de la antigua Rusia se lavaban el pelo con una solución de ceniza de abeto o de girasol? La solución de ceniza es jabonosa al tacto y se llama "lejía". Esta solución tiene un ambiente alcalino, como las sustancias que estamos estudiando. En árabe, ceniza es "ál-cali".

Nombres históricos de los álcalis más importantes: hidróxido de sodio - sosa cáustica, hidróxido de potasio - potasio cáustico. Los álcalis se utilizan para fabricar vidrio y jabón.

Misterio:

Contiene metal y oxígeno,

Sí, más hidrógeno.

Y tal combinación

Llamado -….. (base)

Leonid Chueshkov

"Ash" siempre está por delante aquí,

¿Y qué queda detrás de esto?

Pica y arde.

Y a primera vista es simple

Y se llama - ... (ácido)

Leonid Chueshkov