Kwasy można otrzymywać na wiele sposobów, ponieważ prawie każdy z nich wymaga innego substratu i innych warunków. Kwasy beztlenowe są zwykle wodnymi roztworami gazowych wodorków niemetali, a kwasy tlenowe można otrzymywać między innymi z odpowiednich tlenków, soli albo w reakcjach utleniania.
W zadaniach najpierw ustal, czy chodzi o kwas beztlenowy czy tlenowy. Następnie sprawdź, skąd może pochodzić jego reszta kwasowa i co napędza reakcję: wydzielanie gazu, powstanie osadu, reakcja z wodą albo utlenianie i redukcja. Nie każda metoda jest uniwersalna, ale razem dobrze pokazują związki między klasami związków nieorganicznych.
1
Rozpuszczanie gazowego wodorku niemetalu w wodzie
Schemat 1
gazowy wodorek niemetalu + woda → roztwór kwasu beztlenowego
Przykłady
1. HCl(g) + H₂O → H₃O⁺ + Cl⁻
2. H₂S(g) ⇄ H₂S(aq)
H₂S(aq) + H₂O ⇄ H₃O⁺ + HS⁻
Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje
- Kwas beztlenowy jest wodnym roztworem odpowiedniego gazu.
- W przypadku siarkowodoru najpierw gaz rozpuszcza się w wodzie, a następnie tylko częściowo dysocjuje.
2
Synteza gazowego wodorku z pierwiastków
Schemat 1
wodór + niemetal → gazowy wodorek
Przykłady
1. H₂ + Cl₂ → 2HCl↑
2. H₂ + S ⇄ H₂S↑
Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje
- Chlorowodór otrzymuje się przez spalanie wodoru w chlorze. Reakcję inicjuje się zapłonem i prowadzi w kontrolowanych warunkach, ponieważ jest silnie egzotermiczna oraz może przebiegać gwałtownie.
- Otrzymany gaz można następnie rozpuścić w wodzie.
3
Wypieranie lotnego kwasu z suchej soli przez stężony kwas siarkowy(VI)
Schemat 1
sucha sól + H₂SO₄(stęż.) → nowa sól + lotny kwas↑
Przykłady
1. NaCl(s) + H₂SO₄(stęż.) → NaHSO₄(s) + HCl↑
2. KNO₃(s) + H₂SO₄(stęż.) → KHSO₄(s) + HNO₃↑
Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje
- Stężony kwas siarkowy(VI) jest mało lotny i termicznie trwały, dlatego może wypierać lotne kwasy z ich soli.
- Reakcję prowadzi się bez nadmiaru wody.
- Ta metoda nie nadaje się na przykład do czystego otrzymywania HBr lub HI, ponieważ stężony H₂SO₄ je utleni.
4
Otrzymywanie siarkowodoru z siarczków
Schemat 1
siarczek metalu + kwas nieutleniający → sól + H₂S↑
Przykłady
1. FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑
2. Na₂S + 2HCl → 2NaCl + H₂S↑
Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje
- Do tej reakcji stosuje się kwasy nieutleniające, na przykład rozcieńczony HCl.
- Stężony H₂SO₄ i HNO₃ nie są odpowiednie, ponieważ utleniają siarczki albo powstający H₂S.
5
Reakcja tlenku kwasotwórczego z wodą
Schemat 1
tlenek kwasotwórczy + woda → kwas tlenowy
Przykłady
1. SO₃ + H₂O → H₂SO₄
2. P₄O₁₀ + 6H₂O → 4H₃PO₄
3. CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃
Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje
- Stopień utlenienia atomu centralnego w tlenku i w kwasie pozostaje taki sam.
- Nie każdy tlenek kwasowy reaguje jednak z wodą. Typowym przykładem jest tlenek krzemu(IV), SiO₂, który nie reaguje z wodą.
6
Reakcje soli prowadzące do powstania kwasu
Schemat 1
sól + kwas → nowa sól + kwas
Przykłady
1. Ca₃(PO₄)₂ + 3H₂SO₄ → 3CaSO₄↓ + 2H₃PO₄
2. Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2HNO₃
3. Na₂SiO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂SiO₃↓
Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje
- O przebiegu reakcji nie zawsze decyduje wyłącznie moc kwasów.
- Często reakcję napędza powstanie osadu, gazu albo słabego, trudno rozpuszczalnego kwasu.
7
Utlenianie niemetali do kwasów tlenowych
Schemat 1
niemetal + utleniacz + woda → kwas tlenowy + produkt redukcji
Przykłady
1. 3P + 5HNO₃(rozc.) + 2H₂O → 3H₃PO₄ + 5NO↑
2. S + 6HNO₃(stęż.) → H₂SO₄ + 6NO₂↑ + 2H₂O
Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje
- Są to reakcje redoks. Atom niemetalu zwiększa stopień utlenienia, a składnik utleniający ulega redukcji.
- Nie należy traktować tego jako jednego uniwersalnego schematu: produkty silnie zależą od użytego utleniacza i warunków.
8
Przemysłowe otrzymywanie kwasu azotowego(V)
Schemat 1
amoniak + tlen → tlenki azotu → kwas azotowy(V)
Schemat 2
I etap procesu Ostwalda
Schemat 3
II etap procesu Ostwalda
Schemat 4
III etap procesu Ostwalda
Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje
- Produkcja HNO₃ opiera się na procesie Ostwalda.
- Pierwszy etap zachodzi w podwyższonej temperaturze na katalizatorze platynowo-rodowym. Powstający NO wraca do obiegu i ponownie utlenia się do NO₂.
9
Przemysłowe otrzymywanie kwasu siarkowego(VI)
Schemat 1
siarka → SO₂ → SO₃ → oleum → kwas siarkowy(VI)
Schemat 2
I etap procesu kontaktowego
Schemat 3
II etap procesu kontaktowego
Schemat 4
III etap procesu kontaktowego
Schemat 5
IV etap procesu kontaktowego
Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje
- Produkcja H₂SO₄ przebiega w procesie kontaktowym. Utlenianie SO₂ do SO₃ prowadzi się zwykle na katalizatorze V₂O₅.
- Tlenku siarki(VI) nie absorbuje się bezpośrednio w wodzie na skalę przemysłową, ponieważ tworzy się trudna do opanowania mgła kwasu siarkowego(VI).
10
Elektroliza roztworu soli
Schemat 1
roztwór odpowiedniej soli + woda → metal + tlen + kwas
Przykład 1
2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu↓ + O₂↑ + 2H₂SO₄
Warunki, ograniczenia i dodatkowe informacje
- Reakcję prowadzi się w wodnym roztworze CuSO₄ z elektrodami obojętnymi. Przy katodzie wydziela się miedź, przy anodzie tlen, a jony siarczanowe(VI) pozostają w roztworze i tworzą kwas siarkowy(VI).
- To szczególny przypadek, nie ogólna metoda otrzymywania każdego kwasu.