Определение и формула
Неорганическая сильная одноосновная кислота.
Формула
HNO3HNO_3
Свойства азотной кислоты
Физические свойства
Представляет собой бесцветную жидкость, дымящую на воздухе. С водой смешивается в любых соотношениях. Концентрированной азотной кислотой называют растворы с концентрацией HNO3, равной 60-70%, «дымящей азотной кислотой» 95-98%-ные растворы азотной кислоты.
Свойство | Описание |
---|---|
плотность | 1,51 г/см3 |
молярная масса | 63,01 г/моль |
температура кипения | +82,6°C |
температура плавления | -41,59 ᵒС |
Химические свойства
В химических реакциях азотная кислота может выступать в роли сильной одноосновной кислоты, либо окислителя. Азотная кислота высокой концентрации обычно окрашена в бурый цвет за счет присутствия в ней оксида азота (IV), образующегося по уравнению:
4HNO3⟶4NO2↑+2H2O+O24HNO_3 longrightarrow 4NO_2↑+ 2H_2O + O_2↑
Такое же превращение азотная кислота претерпевает при нагревании.
Кислотные свойства
- Диссоциация в воде
HNO3⟷H++NO3−HNO3 longleftrightarrow H^+ + NO_3^-
- Взаимодействие с основными и амфотерными оксидами
MgO+2HNO3⟶Mg(NO3)2+H2OMgO + 2HNO_3 longrightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2O
ZnO+2HNO3⟶Zn(NO3)2+H2OZnO + 2HNO_3 longrightarrow Zn(NO_3)_2 + H_2O
- Взаимодействие с основаниями и амфотерными гидроксидами
NaOH+HNO3⟶NaNO3+H2ONaOH + HNO_3 longrightarrow NaNO_3 + H_2O
Zn(OH)2+2HNO3⟶Zn(NO3)2+2H2OZn(OH)_2 + 2HNO_3 longrightarrow Zn(NO_3)_2 + 2H_2O
- Взаимодействие с солями слабых кислот (карбонатами, силикатами)
BaCO3+2HNO3⟶Ba(NO3)2+CO2↑+H2OBaCO_3 + 2HNO_3 longrightarrow Ba(NO_3)_2 + CO_2↑ + H_2O
Окислительные свойства
В азотной кислоте атом азота находится в высшей степени окисления +5, благодаря чему азотная кислота любой концентрации может выступать в роли окислителя. Азот может восстанавливаться до степеней окисления от +4 до -3. Возможные продукты восстановления азотной кислоты при взаимодействии с металлами представлены в таблице 1.
Таблица 1. Типичные продукты восстановления азотной кислоты
Степень окисления азота | +4 | +2 | +1 | 0 | -3 |
---|---|---|---|---|---|
Формула вещества | NO2 | NO | N2O | N2 | NH4NO3 |
Увеличение активности металла и разбавление кислоты способствуют более полному восстановлению азотной кислоты.
- Взаимодействие с металлами
Железо (Fe), алюминий (Al), хром (Cr) пассивируются холодной концентрированной азотной кислотой.
Азотная кислота не взаимодействует с золотом, металлами платиновой группы и танталом. В остальных случаях продукты (табл. 2) зависят от концентрации HNO3:
Таблица 2. Зависимость продуктов реакции взаимодействия азотной кислоты с металлами от концентрации кислоты и активности металла
Формула кислоты | Концентрация | Активность металла | Продукты взаимодействия с кислотой |
HNO3 | Концентрированная | Независимо от активности металла | Соль + NO2 + Н2О |
Разбавленная | Активный металл Li-Zn | Соль + N2 + Н2О | |
Металл средней активности Fe-Pb | Соль + N2O + Н2О | ||
Неактивный металл (после Н2) | Соль + NO + Н2О | ||
Очень разбавленная | Активный металл | Соль + NH4NO3 + Н2О |
- Взаимодействие с неметаллами
При взаимодействии с неметаллами азотная кислота восстанавливается до NONO или NO2NO_2:
S+6HNO3S + 6HNO_3(конц.) ⟶H2SO4+6NO2↑+2H2Olongrightarrow H_2SO_4 + 6NO_2↑ + 2H_2O
S+2HNO3S + 2HNO_3(разб.) ⟶H2SO4+2NO↑longrightarrow H_2SO_4 + 2NO↑
- Взаимодействие со сложными веществами-восстановителями
FeS+4HNO3FeS + 4HNO_3(разб.) ⟶Fe(NO3)3+S+NO↑+2H2Olongrightarrow Fe(NO_3)_3 +S + NO↑ + 2H_2O
Взаимодействие с органическими соединениями
Взаимодействие углеводородов с азотной кислотой используется для введения в молекулу органического вещества нитрогруппы –NO2NO_2. В результате нитрования углеводородов образуются нитросоединения.
- Реакция Коновалова (взаимодействие разбавленной азотной кислоты с алканами):
CH4+HNO3⟶CH3NO2+H2OCH_4 + HNO_3 longrightarrow CH_3NO_2 + H_2O
- Нитрование аренов
C6H6+HNO3⟶C6H5NO2+H2OC_6H_6 + HNO_3 longrightarrow C_6H_5NO_2 + H_2O
Источники получения
В природе не встречается.
Способом производства является каталитическое окисление синтетического аммиака на платиновом катализаторе до смеси оксидов азота с дальнейшим поглощением их водой:
4NH3+5O2⟶4NO+6H2O4NH_3 + 5O_2 longrightarrow 4NO + 6H_2O
2NO+O2⟶2NO22NO + O_2 longrightarrow 2NO_2
4NO2+O2+2H2O⟶4HNO34NO_2 + O_2 + 2H_2O longrightarrow 4HNO_3
Применение
- Производство минеральных удобрений (нитратов);
- органический синтез (получение нитроалканов, анилиза, нитроцеллюлоз, тринитротолуола);
- производство лекарственных средств (нитроглицерин);
- военная промышленность (производство взрывчатых веществ, в качестве окислителя ракетного топлива, синтез отравляющих веществ);
- травление печатных форм в станковой графике;
- ювелирное дело (определение золота в сплаве).
Тест по теме «Азотная кислота»
Азотная кислота
Строение молекулы и физические свойства
Азотная кислота HNO3 – это сильная одноосновная кислота-гидроксид. При обычных условиях бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C ( при нормальном атмосферном давлении). Азотная кислота смешивается с водой во всех соотношениях. На свету частично разлагается.
Валентность азота в азотной кислоте равна IV, так как валентность V у азота отсутствует. При этом степень окисления атома азота равна +5. Так происходит потому, что атом азота образует 3 обменные связи и одну донорно-акцепторную, является донором электронной пары.
Поэтому строение молекулы азотной кислоты можно описать резонансными структурами:
Обозначим дополнительные связи между азотом и кислородом пунктиром. Этот пунктир по сути обозначает делокализованные электроны. Получается формула:
Способы получения
В лаборатории азотную кислоту можно получить разными способами:
1. Азотная кислота образуется при действии концентрированной серной кислоты на твердые нитраты металлов. При этом менее летучая серная кислота вытесняет более летучую азотную.
Например, концентрированная серная кислота вытесняет азотную из кристаллического нитрата калия:
KNO3 + H2SO4(конц) → KHSO4 + HNO3
2. В промышленности азотную кислоту получают из аммиака. Процесс осуществляется постадийно.
1 стадия. Каталитическое окисление аммиака.
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
2 стадия. Окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV) кислородом воздуха.
2NO + O2 → 2NO2
3 стадия. Поглощение оксида азота (IV) водой в присутствии избытка кислорода.
4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3
Химические свойства
Азотная кислота – это сильная кислота. За счет азота со степенью окисления +5 азотная кислота проявляет сильные окислительные свойства.
1. Азотная кислота практически полностью диссоциирует в водном растворе.
HNO3 → H+ + NO3–
2. Азотная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.
Например, азотная кислота взаимодействует с оксидом меди (II):
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
Еще пример: азотная кислота реагирует с гидроксидом натрия:
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
3. Азотная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов, сульфитов).
Например, азотная кислота взаимодействует с карбонатом натрия:
2HNO3 + Na2CO3 → 2NaNO3 + H2O + CO2
4. Азотная кислота частично разлагается при кипении или под действием света:
4HNO3 → 4NO2 + O2 + 2H2O
5. Азотная кислота активно взаимодействует с металлами. При этом никогда не выделяется водород! При взаимодействии азотной кислоты с металлами окислителем всегда выступает азот +5. Азот в степени окисления +5 может восстанавливаться до степеней окисления -3, 0, +1, +2 или +4 в зависимости от концентрации кислоты и активности металла.
металл + HNO3 → нитрат металла + вода + газ (или соль аммония)
С алюминием, хромом и железом на холоду концентрированная HNO3 не реагирует – кислота «пассивирует» металлы, т.к. на их поверхности образуется пленка оксидов, непроницаемая для концентрированной азотной кислоты. При нагревании реакция идет. При этом азот восстанавливается до степени окисления +4:
Fe + 6HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Al + 6HNO3(конц.) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Золото и платина не реагируют с азотной кислотой, но растворяются в «царской водке» – смеси концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1 : 3 (по объему):
HNO3 + 3HCl + Au → AuCl3 + NO + 2H2O
Концентрированная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (IV), азот восстанавливается минимально:
4HNO3(конц.) + Cu → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
С активными металлами (щелочными и щелочноземельными) концентрированная азотная кислота реагирует с образованием оксида азота (I):
10HNO3 + 4Ca → 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O
Разбавленная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (II).
8HNO3 (разб.) + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
С активными металлами (щелочными и щелочноземельными), а также оловом и железом разбавленная азотная кислота реагирует с образованием молекулярного азота:
12HNO3(разб) + 10Na → 10NaNO3 + N2 + 6H2O
При взаимодействии кальция и магния с азотной кислотой любой концентрации (кроме очень разбавленной) образуется оксид азота (I):
10HNO3 + 4Ca → 4Ca(NO3)2 + 2N2O + 5H2O
Очень разбавленная азотная кислота реагирует с металлами с образованием нитрата аммония:
10HNO3 + 4Zn → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Таблица. Взаимодействие азотной кислоты с металлами.
Азотная кислота | ||||
Концентрированная | Разбавленная | |||
с Fe, Al, Cr | с неактивными металлами и металлами средней активности (после Al) | с щелочными и щелочноземельными металлами | с неактивными металлами и металлами средней активности (после Al) | с металлами до Al в ряду активности, Sn, Fe |
пассивация при низкой Т | образуется NO2 | образуется N2O | образуется NO | образуется N2 |
6. Азотная кислота окисляет и неметаллы (кроме кислорода, водорода, хлора, фтора и некоторых других). При взаимодействии с неметаллами HNO3 обычно восстанавливается до NO или NO2, неметаллы окисляются до соответствующих кислот, либо оксидов (если кислота неустойчива).
Например, азотная кислота окисляет серу, фосфор, углерод, йод:
6HNO3 + S → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
Безводная азотная кислота – сильный окислитель. Поэтому она легко взаимодействует с красным и белым фосфором. Реакция с белым фосфором протекает очень бурно. Иногда она сопровождается взрывом.
5HNO3 + P → H3PO4 + 5NO2 + H2O
5HNO3 + 3P + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO
Видеоопыт взаимодействия фосфора с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.
4HNO3 + C → CO2 + 4NO2 + 2H2O
Видеоопыт взаимодействия угля с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.
10HNO3 + I2 → 2HIO3 + 10NO2 + 4H2O
7. Концентрированная азотная кислота окисляет сложные вещества (в которых есть элементы в отрицательной, либо промежуточной степени окисления): сульфиды металлов, сероводород, фосфиды, йодиды, соединения железа (II) и др. При этом азот восстанавливается до NO2, неметаллы окисляются до соответствующих кислот (или оксидов), а металлы окисляются до устойчивых степеней окисления.
Например, азотная кислота окисляет оксид серы (IV):
2HNO3 + SO2 → H2SO4 + 2NO2
Еще пример: азотная кислота окисляет иодоводород:
6HNO3 + HI → HIO3 + 6NO2 + 3H2O
Сера в степени окисления -2 окисляется без нагревания до простого вещества, при нагревании до серной кислоты.
Например, сероводород окисляется азотной кислотой без нагревания до молекулярной серы:
2HNO3 + H2S → S + 2NO2 + 2H2O
При нагревании до серной кислоты:
2HNO3 + H2S → H2SO4 + 2NO2 + 2H2O
8HNO3 + CuS → CuSO4 + 8NO2 + 4H2O
Соединения железа (II) азотная кислота окисляет до соединений железа (III):
4HNO3 + FeS → Fe(NO3)3 + NO + S + 2H2O
8. Азотная кислота окрашивает белки в оранжево-желтый цвет («ксантопротеиновая реакция«).
Ксантопротеиновую реакцию проводят для обнаружения белков, содержащих в своем составе ароматические аминокислоты. К раствору белка прибавляем концентрированную азотную кислоту. Белок свертывается. При нагревании белок желтеет. При добавлении избытка аммиака окраска переходит в оранжевую.
Видеоопыт обнаружения белков с помощью азотной кислоты можно посмотреть здесь.
Азотная кислота
3.9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 905.
3.9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 905.
Азотная кислота относится к основным соединениям азота. Химическая формула – HNO3. Так какими же физическими и химическими свойствами обладает это вещество?
Физические свойства
Чистая азотная кислота не имеет цвета, обладает резким запахом, а на воздухе имеет особенность “дымиться”. Молярная масса составляет 63 г/моль. При температуре -42 градуса переходит в твердое агрегатное состояние и превращается в белоснежную массу. Безводная азотная кислота закипает при 86 градусах. В процессе смешивания с водой образует растворы отличные друг от друга по концентрации.
Данное вещество является одноосновной, то есть всегда имеет одну карбоксильную группу. Среди кислот, которые относятся к мощным окислителями, азотная кислота является одной из сильнейших. Она вступает в реакцию со многими металлами и неметаллами, органическими соединениями за счет восстановления азота
Нитраты – соли азотной кислоты. Чаще всего их используют в качестве удобрений в сельском хозяйстве
Химические свойства
Электронную и структурную формулу азотной кислоты изображают следующим образом:
Концентрированная азотная кислота подвержена воздействию света и под его действием способна разлагаться на оксиды азота. Оксиды, в свою очередь, взаимодействуя с кислотой, растворяются в ней и придают жидкости желтоватый оттенок:
4HNO3=4NO2+O2+2H2O
Хранить вещество следует в прохладном и темном месте. При повышении ее температуры и концентрации процесс распада происходит значительно быстрее. Азот в молекуле азотной кислоты всегда имеет валентность IV, степень окисления +5, координационное число 3.
Так как азотная кислота является очень сильной кислотой, в растворах она полностью разлагается на ионы. Она реагирует с основными оксидами, с основаниями, с солями более слабых и более летучих кислот.
Эта одноосновная кислота – сильнейший окислитель. Азотная кислота действует на многие металлы. В зависимости от концентрации, активности металла и условий проведения реакции может восстанавливаться с одновременным образованием соли азотной кислоты (нитрата) до соединений.
Когда азотная кислота взаимодействует с малоактивными металлами образуется NO2:
Cu+4HNO3 (конц.)=Сu(NO3)2 +2NO2+2H2O
Разбавленная азотная кислота в такой ситуации восстанавливается до NO:
3Cu+8HNO3(разб.)=3Сu(NO3)2 +2NO+4H2O
Если в реакцию с разбавленной азотной кислотой вступают более активные металлы, то выделяется NO2:
4Mg+10HNO3 (разб.)=4Mg(NO3)2+N2O+5H2O
Очень разбавленная азотная кислота при взаимодействии с активными металлами восстанавливается до солей аммония:
4Zn+10HNO3 (очень разб.)=4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O
В концентрированной азотной кислоте устойчивы Au, Pt, Rh, Ir, Ta, Ti. Металлы Al, Fe, Cr она «пассивирует» в результате образования на поверхности металлов оксидных пленок.
Смесь, образованная из одного объема концентрированной азотной и трех объемов концентрированной хлороводородной (соляной) кислоты называется «царской водкой».
Неметаллы окисляются азотной кислотой до соответствующих кислот, а азотная кислота в зависимости от концентрации восстанавливается до NO или NO2:
С+4HNO3 (конц.)=CO2+4NO2+2H2O
S+6HNO3 (конц.)=H2SO4+6NO2+2H2O
Азотная кислота способна окислять некоторые катионы и анионы, а также неорганические ковалентные соединения, например, сероводород.
3H2S+8HNO3 (разб.)= 3H2SO4 +8NO+4H2O
Азотная кислота взаимодействует со многими органическими веществами, при этом один или несколько атомов водорода в молекуле органического вещества заменяются нитрогруппами – NO2. Этот процесс называется нитрованием.
Что мы узнали?
Азотная кислота – жидкость, которая не имеет цвета, но обладает резким запахом. Особенностью этой кислоты является то, что она может смешиваться с водой в любых соотношениях. Азотная кислота также обладает рядом свойств. Она может вступать в реакцию, например, с металлами, неметаллами, оксидами, основаниями и др.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
-
Олег Гаврюшкин
10/10
-
Ирина Лебедь
10/10
-
Игорь Самусев
8/10
Оценка доклада
3.9
Средняя оценка: 3.9
Всего получено оценок: 905.
А какая ваша оценка?
Азотная кислота
Азотная кислота (HNO3) — одна из сильных одноосновных кислот с резким удушливым запахом, чувствительна к свету
и при ярком освещении разлагается на один из оксидов азота (ещё называемый бурым газом — NO2 ) и воду.
Поэтому её желательно хранить в тёмных ёмкостях. В концентрированном состоянии она не растворяет алюминий и железо, поэтому можно хранить в соответствующих металлических ёмкостях.
Азотная кислота — является сильными электролитом как многие кислоты) и очень сильный окислитель. Её часто
используют при реакциях с органическими веществами.
Безводная азотная кислота — бесцветная летучая жидкость (t кип=83 °С; из-за летучести безводную азотную
кислоту называют «дымящей») с резким запахом.
Азотная кислота как и озон может образовываться в атмосфере при
вспышках молнии. Азот, который составляет 78% состава атмосферного воздуха, реагирует с атмосферным кислородом,
образуя оксид азота NO. При дальнейшем окислении на воздухе этот оксид переходит в диоксид азота (бурый газ NO2),
который реагирует с атмосферной влагой (облаками и туманом), образуя азотную кислоту . Но такое малое количество
совершенно безвредно для экологии земли и живых организмов.
Один объем азотной и три объема соляной кислоты
образуют соединение, называемое «царской водкой». Она способна растворять металлы (платину и золото),
нерастворимые в обычных кислотах. При внесении в эту смесь бумаги, соломы, хлопка, произойдёт энергичное окисление,
даже воспламенение.
При кипячении она раскладывается на составляющие компоненты (химическая реакция разложения):
HNO3 = 2NO2 +O2 + 2H2O — выделяется бурый газ (NO2), кислород
и вода.
(при нагревании выделяется бурый газ)
Cвойства азотной кислоты
Cвойства азотной кислоты могут быть разнообразными даже при реакциях с одним тем же
веществом. Они напрямую зависят от концентрации азотной кислоты.
Рассмотрим варианты химических реакций.
— азотная кислота концентрированная:
С металлами железом (Fe), хромом (Cr), алюминием (Al), золотом (Au), платиной (Pt), иридием (Ir), натрием (Na) —
не взаимодействует по причине образования на их поверхности защитной плёнки, которая не позволяет
дальше окисляться металлу.
Со всеми остальными металлами при химической реакции выделяется бурый газ
(NO2). Например, при химической реакции с медью (Cu):
4HNO3 конц. + Cu = Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O
С неметаллами, например с фосфором:
5HNO3 конц. + P = H3PO4 + 5NO2 + H2O
— разложения солей азотной кислоты
В зависимости от растворённого металла разложение соли при температуре происходит следующими образом:
Любой металл (обозначен как Me) до магния (Mg):
MeNO3 = MeNO2 + O2
Любой металл от магния (Mg) до меди (Cu):
MeNO3 = MeO + NO2 + O2
Любой металл после меди (Cu):
MeNO3 = Me + NO2 + O2
— азотная кислота разбавленная:
При взаимодействии с щелочно-земельными металлами, а также цинком (Zn), железом (Fe), она окисляется до аммиака
(NH3) или же до аммиачной селитры (NH4NO3). Например при реакции с магнием (Mg):
10HNO3 разбавл. + 4Zn = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Но может также и образовываться закись азота (N2O), например , при реакции с магнием (Mg):
10HNO3 разбавл. + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O
С остальными металлами реагирует с образованием оксида азота (NO), например, растворяет серебро (Ag):
2HNO3 разбавл. + Ag = AgNO3 + NO + H2O
Аналогично реагирует с неметаллами, например с серой:
2HNO3 разбавл. + S = H2SO4 + 2NO — окисление серы до образования серной кислоты
и выделения газа оксида азота.
— химическая реакция с оксидами металлов, например, оксид кальция:
2HNO3 + CaO = Ca(NO3)2 + H2O — образуется соль (нитрат кальция) и вода
— химическая реакция с гидроксидами (или основаниями), например, с гашеной известью
2HNO3 + Ca(OH)2 = Ca(NO3)2 + H2O — образуется соль
(нитрат кальция) и вода — реакция нейтрализации
— химическая реакция с солями, например с мелом:
2HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2 —
образуется соль (нитрат кальция) и другая кислота (в данном случае образуется угольная кислота, которая распадается на воду
и углекислый газ).
Азотная кислота
HNO3
— бесцветная дымящая на воздухе жидкость с неприятным запахом. При хранении на свету она разлагается и может окрашиваться в жёлтый цвет за счёт образования бурого оксида азота((IV)):
Рис. (1). Азотная кислота
Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях и в водном растворе полностью распадается на ионы:
Азотная кислота реагирует с основными и амфотерными оксидами и гидроксидами с образованием нитратов:
.
Азотная кислота вступает в реакции обмена с солями других кислот, если образуется газ или осадок:
.
В отличие от других кислот азотная кислота реагирует с большинством металлов, кроме благородных.
Обрати внимание!
В реакциях азотной кислоты с металлами никогда не образуется водород.
Окислителем в этих реакциях выступает атом азота кислотного остатка, поэтому продуктами реакции являются соединения азота в разной степени окисления. Состав соединений зависит от активности металла и концентрации азотной кислоты. Так, при взаимодействии концентрированной азотной кислоты с медью образуется бурый оксид азота((IV)):
.
Рис. (2). Медь с концентрированной
азотной кислотой
При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с медью продукт реакции — бесцветный оксид азота((II)):
.
Обрати внимание!
Концентрированная азотная кислота пассивирует железо и алюминий.
На их поверхности под действием концентрированной кислоты образуется прочная плёнка, которая защищает металл от дальнейшей реакции. Поэтому концентрированную азотную кислоту можно транспортировать в стальных или алюминиевых цистернах.
Азотная кислота способна окислять и другие неорганические и органические вещества. Органические вещества могут воспламеняться при соприкосновении с азотной кислотой, и работа с ней требует аккуратности и осторожности.
Азотная кислота используется в промышленности для получения:
- минеральных удобрений,
- лекарств,
- взрывчатых веществ,
- пластмасс,
- красителей,
- лаков.
Источники:
Рис. 1. Азотная кислота https://image.shutterstock.com/image-photo/chemical-laboratory-food-supply-gmo-600w-1427374070.jpg
Рис. 2. Медь с концентрированной азотной кислотой https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/35/CopperReaction.JPG/1280px-CopperReaction.JPG
Окислителем
в азотной кислоте любой концентрации
является нитрат-ион NO3—
(атом N+5);
ион Н+
не может конкурировать с таким сильным
окислителем, поэтому водород Н2,
практически не выделяется. Азотная
кислота окисляет все металлы, кроме
благородных (Au
и большинство металлов платиновой
группы). Особенно сильными окислительными
свойствами обладает разбавленная
азотная кислота из-за присутствия
большого количества ионов водорода,
уменьшающих устойчивость нитрат-ионов.
Схематично реакцию можно представить
следующим образом:
І
Me
+ HNO3
р,
к
=Me(NO3)n
+H2O
+ (NO2,
NO, N2O,
N2,
NH4NO3)
Смещение
вправо в ряду продуктов восстановления
нитрат-иона происходит при увеличении
активности восстановителя (металла) и
разбавлении кислоты. Причем для одного
и тот же металла, например, железа при
разбавлении азотной кислоты от
концентрированной до 3-5% можно обнаружить
любой из продуктов указанного ряда в
качестве преобладающего от NO2
до NH4NO3
(NH3)
Условная схема
превращений имеет вид:
наиболее
активные металлы + HNO3
оч.р.→NH3(NH4NO3)
І
Активные
металлы до Zn
+ HNO3
р→
N2O
І
+
HNO3к
→
NO
І
+ Cоль
+ Н2О
Металлы
после Zn
+HNO3р
→ NO
І
(исключение
Au
и Pt
гр.)
+HNO3к
®
NO2
І
Из
схемы следует, что при взаимодействии
азотной кислоты с различными
восстановителями чаще всего выделяются
газы NO
и NO2.
При этом азотная кислота может окислять
многие металлы IV-VIII
групп до более высоких степеней окисления,
чем HCl,
H2SO4р
(аналогично концентрированной серной
кислоте), а именно: Fe→
Fe+3,
Cr→Cr+3,
Sn→Sn+4
и т.д.
Можно
получить коэффициенты уравнения методом
ионно-электронного баланса,
используя одну из электрохимических
систем из ряда стандартных потенциалов,
отражающих превращение нитрат-иона
NO3—
в кислой
среде (H+)
в один из
возможных продуктов:
NO3—
+2H+
+ e ↔ NO2
+ H2O
NO3—
+4H+
+3e ↔ NO
+ 2H2O
2NO3—
+12H+
+10e ↔N2
+6H2O
2NO3—
+10H+
+8e ↔N2O
+5H2O
NO3—
+10H+
+8e
↔ NH4+
+3H2O
Рассмотрим
взаимодействие Al
c
разбавленной азотной кислотой (2) и
подберем коэффициенты методом
ионно-электронного баланса:
Al
+ HNO3,p
= Al(NO3)3
+ N2O
+ H2O.
(2)
Тогда для реакции
(2) можно записать:
8/
Alо
→
Al3+
+3е
3/
2NO3—
+10H+
+8e →
N2O
+5H2O
8Alо
+ 6NO3—
+ 30H+
→
8Al3+
+3N2O
+15H2О
Суммарное ионное
уравнение позволяет получить все
коэффициенты реакции (2) и отражает
участие в ней реально существующих в
растворе ионов.
Холодная
концентрированная азотная кислота
пассивирует некоторые р и многие d
-металлы (Al,
Fe,
Cо
Ni,
Cr
и другие) аналогично серной кислоте.
Это позволяет транспортировать кислоты
в железных цистернах предварительно
подвергнутых пассивации. Реакция
пассивации имеет вид:
Fe+
4HNO3k,
холодн.≠ Fe2O3¯
+NO2
+2H2O
Следует отметить,
что концентрированные кислоты не
встречаются в окружающей среде. Они
используются, в основном, в процессах
синтеза, а также для химической пассивации
металлов и их обработки.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Азотная кислота является одной из самых сильных минеральных кислот, в концентрированном виде выделяет пары
желтого цвета с резким запахом. За исключением золота и платины растворяет все металлы.
Применяют азотную кислоту для получения красителей, удобрений, органических нитропродуктов, серной и фосфорной
кислот. В результате ожога азотной кислотой образуется сухой струп желто-зеленого цвета.
Получение
В промышленности азотную кислоту получают в результате окисления аммиака на платино-родиевых катализаторах.
NH3 + O2 → (кат. Pt) NO + H2O
NO + O2 → NO2
NO2 + H2O + O2 → HNO3
Чистая азотная кислота впервые была получена действием на селитру концентрированной серной кислоты:
KNO3 + H2SO4(конц.) → KHSO4 + HNO3↑
Химические свойства
- Кислотные свойства
- Термическое разложение
- Реакции с неметаллами
- Реакции с металлами
Является одноосновной сильной кислотой, вступает в реакции с основными оксидами, основаниями. С солями реагирует при условии
выпадения осадка, выделения газа или образования слабого электролита.
CaO + HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
Na2CO3 + HNO3 → NaNO3 + H2O + CO2↑
При нагревании азотная кислота распадается. На свету (hv) также происходит подобная реакция, поэтому азотную кислоту следует хранить в
темном месте.
HNO3 → (hv) NO2 + H2O + O2
Азотная кислота способна окислить все неметаллы, при этом, если кислота концентрированная, азот обычно восстанавливается до NO2,
если разбавленная — до NO.
HNO3(конц.) + C → CO2 + H2O + NO2
HNO3(конц.) + S → H2SO4 + NO2 + H2O
HNO3(разб.) + S → H2SO4 + NO + H2O
HNO3(конц.) + P → H3PO4 + NO2 + H2O
В любой концентрации азотная кислота проявляет свойства окислителя, при этом азот восстанавливается до степени окисления от +5 до -3. На какой
именно степени окисления остановится азот, зависит от активности металла и концентрации азотной кислоты.
Для малоактивных металлов (стоящих в ряду напряжений после водорода) реакция с концентрированной азотной кислотой происходит с образованием
нитрата и преимущественно NO2.
Cu + HNO3(конц.) → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
С разбавленной азотной кислотой газообразным продуктом преимущественно является NO.
Cu + HNO3(разб.) → Cu(NO3)2 + NO + H2O
В реакциях с металлами, стоящими левее водорода в ряду напряжений, возможны самые разные газообразные (и не газообразные) продукты: бурый газ NO2,
NO, N2O, атмосферный газ N2, NH4NO3.
Помните о закономерности: чем более разбавлена кислота и активен металл, тем сильнее восстанавливается азот. Ниже представлены реакции цинка
с азотной кислотой в различных концентрациях.
Zn + HNO3(70% — конц.) → Zn(NO3)2 + NO2 + H2O
Zn + HNO3(35% — ср. конц.) → Zn(NO3)2 + NO + H2O
Zn + HNO3(20% — разб.) → Zn(NO3)2 + N2O + H2O
Zn + HNO3(10% — оч. разб.) → Zn(NO3)2 + N2 + H2O
Посмотрите на таблицу ниже, в которой также отражены изученные нами закономерности.
Концентрированная холодная азотная кислота пассивирует хром, железо, алюминий, никель, свинец и бериллий. Это происходит
за счет оксидной пленки, которой покрыты данные металлы.
Al + HNO3(конц.) ⇸ (реакция не идет)
При нагревании или амальгамировании (покрытие ртутью) перечисленных металлов реакция с азотной кислотой идет, так
как оксидная пленка на поверхности металлов разрушается.
Al + HNO3 → (t) Al(NO3)3 + NO2 + H2O
Соли азотной кислоты — нитраты NO3—
Получение
Получают нитраты в ходе реакции азотной кислоты с металлами, их оксидами и основаниями.
Fe + HNO3(разб.) → Fe(NO3)2 + N2O + H2O
В реакциях с оксидами и основаниями газообразный продукт обычно не выделяется.
MgO + HNO3 → Mg(NO3)2 + H2O
Cr(OH)3 + HNO3 → Cr(NO3)3 + H2O
Нитрат аммония получают реакция аммиака с азотной кислотой.
NH3 + HNO3 → NH4NO3
Обратите внимание на следующую закономерность: концентрированная азотная кислота, как правило, окисляет железо и хром до +3. Разбавленная
кислота — до +2.
Fe + HNO3(разб.) → Fe(NO3)2 + N2O + H2O
Fe + HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + NO + H2O
Химические свойства
- Реакции с металлами, основаниями и кислотами
- Разложение нитратов
Как и для всех солей, из нитратов можно вытеснить металл другим более активным. Соли реагируют с основаниями и кислотами, если в результате
реакции выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода).
Hg(NO3)2 + Mg → Mg(NO3)2 + Hg
Pb(NO3)2 + LiOH → Pb(OH)2 + LiNO3
AgNO3 + KCl → AgCl↓ + KNO3
Ba(NO3)2 + Na2SO4 → BaSO4 + NaNO3
Нитраты разлагаются в зависимости от активности металла, входящего в их состав.
Pb(NO3)2 → (t) PbO + NO2 + O2
NaNO3 → (t) NaNO2 + O2
Cu(NO3)2 → (t) CuO + NO2 + O2
PtNO3 → (t) Pt + NO2 + O2
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2023
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.