Азотная кислота – бесцветная гигроскопичная жидкость, c резким запахом, «дымит» на воздухе, неограниченно растворимая в воде.
ткип. = 83oC.. При хранении на свету разлагается на оксид азота (IV), кислород и воду, приобретая желтоватый цвет:
4HNO
3
= 4NO
2
+ 2H
2
O + O
2
.
Азотная кислота ядовита.
В растворе — сильная кислота; нейтрализуется щелочами, гидратом аммиака, реагирует с основными оксидами и гидроксидами, солями слабых кислот. Сильный окислитель; реагирует с металлами, неметаллами, типичными восстановителями. Концентрированная кислота пассивирует Al, Be, Bi, Со, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th, U; не реагирует с Au, Ir, Pt, Rh, Та, W, Zr. Не разрушает диоксид кремния. Смесь концентрированных HNO3 и HCl («царская водка») обладает сильным окислительным действием (превосходит чистую HNO
3
), переводит в раствор золото и платину. Еще более активна смесь концентрированных HNO3 и HF.
M
r
= 63, 01; d = 1, 503
(25)
; t
пл
= -41, 6
o
C; t
кип
+82,6
o
C (разл.).
Химические свойства азотной кислоты
1. Типичные свойства кислот:
1) Взаимодействует с основными и амфотерными оксидами:
2HNO
3
+ CuO = Cu(NO
3
)
2
+ H
2
O
6HNO
3
+ Al
2
O
3
= 2Al(NO
3
)
3
+ 3H
2
O
2) С основаниями, амфотерными гидроксидами:
HNO
3
+ NaOH = NaNO
3
+ H
2
O
2HNO
3
+ Zn(OH)
2
= Zn(NO
3
)
2
+ 2H
2
O
3) Вытесняет слабые кислоты из их солей:
2HNO
3
+ Na
2
CO
3
= 2NaNO
3
+ H
2
O + CO
2
2HNO
3
+ Na
2
SiO
3
= H
2
SiO
3
↓+ 2NaNO
3
2. Специфические свойства азотной кислоты как окислителя
1) Взаимодействие азотной кислоты с металлами
В качестве окислителя выступает азот в степени окисления +5, а не водород. В результате реакций образуется продукт восстановления нитрат-иона, соль и вода. Глубина восстановления нитрат-иона зависит от концентрации кислоты и от положения металла в электрохимическом ряду напряжений металлов. Возможные продукты взаимодействия металлов с азотной кислотой приведены в таблице ниже.
Чем активнее металл и выше степень разбавления кислоты, тем глубже происходит восстановление нитрат-ионов азотной кислоты
.
4 HN
+5
O
3(
конц
.)
+ Cu
0
= Cu
+2
(NO
3
)
2
+ 2 N
+4
O
2
+ 2 H
2
O
N
+5
+ 1e → N
+4
2 окислитель, пр-с восстановления
Cu
0
– 2e → Cu
+2
1 восстановитель, пр-с окисления
8 HN
+5
O
3(
разб
.)
+ 3 Cu
0
= 3 Cu
+2
(NO
3
)
2
+ 2 N
+2
O + 4 H
2
O
N
+5
+ 3e → N
+2
2 окислитель, пр-с восстановления
Cu
0
– 2e → Cu
+2
3 восстановитель, пр-с окисления
2) Проявляет окислительные свойства при взаимодействии с неметаллами:
S + 6HNO
3
(конц) = H
2
SO
4
+ 6NO
2
+ 2H
2
O;
B + 3HNO
3
= H
3
BO
3
+ 3NO
2
;
3P + 5HNO
3
+ 2H
2
O = 5NO + 3H
3
PO
4
.
3) Азотная кислота окисляет сложные вещества:
6HI + 2HNO
3
= 3I
2
+ 2NO + 4H
2
O;
FeS + 12HNO
3
= Fe(NO
3
)
3
+ H
2
SO
4
+ 9NO
2
+ 5H
2
O.
4) Ксантопротеиновая реакция:
Азотная кислота окрашивает белки в оранжево-желтый цвет (при попадании на кожу рук – «ксантопротеиновая реакция»).
Реакцию проводят для обнаружения белков, содержащих в своем составе ароматические аминокислоты. К раствору белка прибавляют концентрированную азотную кислоту. Белок свертывается. При нагревании белок желтеет. При добавлении избытка аммиака (в щелочной среде) окраска переходит в оранжевую. Появление окрашивания свидетельствует о наличии ароматических аминокислот в составе белка.
5) Окислительные свойства «царской водки»:
Смесь концентрированных азотной и соляной кислот в объемном соотношении 1 : 3 обладает еще большей окислительной активностью, они могут растворять даже золото и платину:
HNO
3
+ 4HCl + Au = H[AuCl
4
] + NO + 2H
2
O;
4HNO
3
+ 18HCl + Pt = 3H
2
[PtCl
6
] + 4NO + 8H
2
O
Химические реакции с азотной кислотой
4HNO
3
= 4NO
2
+ 2H
2
O + O
2
(комн., на свету).
HNO
3
+ H
2
O = NO
3
–
+ H
3
O
+
.
HNO
3
(разб.) + NaOH = NaNO
3
+ H
2
O ,
HNO
3
(разб.) + NH
3
· H
2
O = NH
4
NO
3
+ H
2
O.
2HNO
3
(2-3%-я) + 8H
0
(Zn, разб. H
2
SO
4
) = NH
4
NO
3
+ 3H
2
O,
2HNO
3
(5%-я) + 8H
0
(Mg, разб. H
2
SO
4
) = N
2
O ↑ + 5H
2
O,
HNO
3
(30%-я) + 3H
0
(Zn, разб. H
2
SO
4
) = NO
2
↑ H
2
O,
HNO
3
(60%-я) + 2H
0
(Zn, разб. H
2
SO
4
) = HNO
2
+ H
2
O. (кат Pd)
2HNO
3
(конц.) +Ag = AgNO
3
+ NO
2
↑ + H
2
O.
8HNO
3
(разб.) + 3Cu = 3Cu(NO
3
)
2
+ 2NO↑ + 4H
2
O
10HNO
3
(разб.) + 4Mg = 4Mg(NO
3
)
2
+N
2
O↑ + 5H
2
O (примесь H
2
)
12HNO
3
(разб.) + 5Sn —
t
—5Sn(NO
3
)
2
+ N
2
↑ + 6H
2
O (примесь NO)
30HNO
3
(оч. разб.) + 8Al = 8Al(NO
3
)
3
+ 3 NH
4
NO
3
+ 9H
2
O (примесь H
2
)
12HNO
3
(оч. разб.) + 5Fe = 5Fe(NO
3
)
2
+ N
2
↑ + 6H
2
O (0-10
o
C),
4HNO
3
(разб.) + Fe = Fe(NO
3
)
3
+ NO↑ + 2H
2
O.
4HNO
3
(конц., гор.) + Hg = Hg(NO
3
)
2
+ 2NO
2
↑
+ 2H
2
O,
8HNO
3
(разб., хол) + 6Hg = 3Hg
2
(NO
3
)
2
+ 2NO ↑ + 4H
2
O.
6HNO
3
(конц.) + S = H
2
SO
4
+ 6NO
2
↑ + 2H
2
O (кип.),
2HNO
3
(конц.) + 6HCl(конц.) = 2NO↑ + 3Cl
2
↑ + 4H
2
O (100-150
o
C).
HNO
3
(конц.) + 4HCl(конц.) + Au = H[AuCl
4
] + NO↑ + 2H
2
O.
4HNO
3
(конц.) + 18HCl(конц.) + 3Pt = 3H
2
[PtCl
6
] + 4NO↑ + 8H
2
O
4HNO
3
(конц.) + 18HF(конц.) + 3Si = 3H
2
[SiF
6
] + 4NO↑ + 8H
2
O.
4HNO
3
(дымящ.) + P
4
O
10
= 2N
2
O
5
+ 4HPO
3
(в атмосфере O
2
+O
3
)
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 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.
Химические свойства азотной кислоты
Чем более разбавленной является кислота, тем более сильным окислителем она является.
- Изменение степени окисления азота в реакциях с сильным восстановителем:
| Восстановление N+5 | Продукты восстановления | Условие |
|---|---|---|
| N+5 + 8e → N–3 | NH3 или NH4NO3 | очень разбавленная HNO3 |
| N+5 + 5e → N0 | N2 | разбавленная HNO3 |
| N+5 + 4e → N+1 | N2O | разбавленная HNO3, концентрированная |
- Изменение степени окисления азота в реакциях со слабым восстановителем:
| Восстановление N+5 | Продукты восстановления | Условие |
|---|---|---|
| N+5 + 3e → N+2 | NO | разбавленная HNO3 |
| N+5 + 1e → N+4 | NO2 | концентрированная HNO3 |
Восстановители:
Сильные:
- Металлы от Li до Al
Слабые:
- Металлы, начиная с Fe
- Неметаллы
- Соли (если можем окислить)
- Оксиды (если можем окислить)
- HI и йодиды, H2S и сульфиды
Взаимодействие азотной кислоты с простыми веществами:
1) с металлами — сильными восстановителями:
10HNO3(оч. разб.) + 4Mg → 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
10HNO3(разб.) + 4Mg → 4Mg(NO3)2 + N2O
+ 5H2O (возможно образование N2)
2) с металлами — слабыми восстановителями:
8HNO3(разб.) + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
4HNO3(конц.) + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
HNO3(конц.) + Fe → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O (при нагревании)
3) С неметаллами (слабыми восстановителями) образуются соответствующие кислоты, а также NO (если кислота разб.) или NO2 (если кислота конц.):
10HNO3(конц.) + I2 → 2HIO3 + 10NO2 + 4H2O (t) (из галогенов реакция идет только с йодом)
6HNO3(конц.) + S → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
2HNO3(разб.) + S → H2SO4 + 2NO
5HNO3(конц.) + P → H3PO4 + 5NO2 + H2O
5HNO3(разб.) + 3P + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO
4HNO3(конц.) + C → CO2 + 4NO2 + 2H2O
HNO3(разб.) + C → реакция не идет.
4) Взаимодействие HNO3 с Al, Cr, Fe (а также H2SO4 и HCl для полноты картины):
Al, Cr, Fe пассивируются холодными концентрированными растворами серной и азотной кислот (т.е. покрываются прочной оксидной пленкой, препятствующей дальнейшей реакции). Реакции идут только при нагревании. Кислотами-окислителями являются кислоты: H2SO4 (конц.) и HNO3 (любой концентрации).
Fe + 6HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O (только при нагревании)
Fe + 4HNO3(разб.) → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (при любой температуре)
2Fe + 6H2SO4(конц.) → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (только при нагревании)
Fe + H2SO4(разб.) → FeSO4 + H2 (соль Fe+2)
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 (соль Fe+2, HCl любой концентрации).
Cr + 6HNO3(конц.) → Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Cr + 4HNO3(разб.) → Cr(NO3)3 + NO + 2H2O
Cr + H2SO4(разб.) → CrSO4 + H2 (соль Cr+2)
Cr + 2HCl → CrCl2 + H2 (соль Cr+2, HCl любой концентрации).
В реакциях с алюминием продукт восстановления азотной кислоты сильно зависит от её концентрации, в результате чего возможны несколько вариантов записи. Как правило, реакции с разными возможными продуктами на ЕГЭ не спрашиваются.
Al + 4HNO3(конц.) → Al(NO3)3 + NO + 2H2O (только при нагревании)
8Al + 30HNO3(разб.) → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O (при любой температуре, возможно образование N2O)
2Al + 6H2SO4(конц.) → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (только при нагревании)
2Al + 3H2SO4(разб.) → Al2(SO4)3 + 3H2
Взаимодействие азотной кислоты со сложными веществами:
Как правило, сложные вещества являются слабыми восстановителями, следовательно, в реакциях с концентрированной азотной кислотой выделяется бурый газ NO2.
Окисляем анион:
8HNO3(конц.) + H2S → H2SO4 + 8NO2 + 4H2O
8HNO3(конц.) + Na2S → Na2SO4 + 8NO2 + 4H2O
8HNO3(конц.) + CuS → CuSO4 + 8NO2 + 4H2O
16HNO3(конц.) + Mg3P2 → Mg3(PO4)2 + 16NO2 + 8H2O
16HNO3(конц.) + Ca(HS)2 → H2SO4 + CaSO4 + 16NO2 + 8H2O
8HNO3(конц.) + AlP → AlPO4
+ 8NO2 + 4H2O
В избытке кислоты фосфаты растворяются:
11HNO3(конц., изб.) + AlP → H3PO4 + Al(NO3)3 + 8NO2 + 4H2O
Окисляем металл соли или оксида:
10HNO3(конц.) + Fe3O4 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O
4HNO3(конц.) + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
HNO3(конц.) + FeSO4 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2SO4 + H2O
4HNO3(конц.) + CrCl2 → Cr(NO3)3 + NO2 + 2HCl + H2O (ионы Cl– азотная кислота окислить не может)
Одновременное окисление катиона и аниона:
14HNO3(конц.) + Cu2S → H2SO4 + 2Cu(NO3)2 + 10NO2 + 6H2O или
12HNO3(конц.) + Cu2S → CuSO4 + Cu(NO3)2 + 10NO2 + 6H2O.
Муниципальное автономное
общеобразовательное учреждение- средняя общеобразовательная школа № 1 имени
В.И. Фадеева станицы Калининской
Консультация по химии
для подготовки к единому
государственному экзамену
на тему «Азотная кислота»
Выполнила:
Учитель химии
Каблучкина Наталья Борисовна
Ст. Калининская
2014г
Задачи занятия:
Обобщить
знания об азотной кислоте, полученные в курсе неорганической и органической
химии.
На
примере азотной кислоты повторить классификацию и основные свойства кислот в
свете ТЭД, закономерности протекания ОВР, реакции гидролиза и электролиза,
решение задач на растворы, по алгоритму.
Продолжить
отработку умений выполнять тестовые задания части А,В,С единого
государственного экзамена.
Оборудование:
—
опорные схемы по теории,
—
раздаточные таблицы по взаимодействию азотной кислоты с металлами,
—
тестовые задания.
Ход занятия
1. Организационный момент.
Приветствие
учащихся. Сообщение темы и цели занятия.
2.Учитель обобщает материал по данной теме с
использованием опорных схем на экране компьютера:
Азотная
кислота
НNO3 (N+5,
NIV)
— одноосновная
— кислородсодержащая
— сильный электролит
— сильный окислитель
Получают: NH3
→ NO → NO2
→HNO3
Физ. свойства:
Ж, беcцветная, дымящая,
резкий запах,
tкип.
= 860С,
Хим. свойства:
1.
Нестойкая, разлагается на свету, при t
4НNO3
→ 4NO2↑ + 2Н2О + О2↑
( желтеет при неправильном хранении)
2.
Диссоциирует НNO3
→Н+ + NO3—
кислотные свойства
+ основные, амфотерные оксиды
+ основания
+ соли слабых кислот
3.
Окисляет все металлы, кроме Аu, Pt
с образованием
трёх продуктов:
Ме + НN+5O3 → соль +
вода + ↑ соед. N+4,
N+2,
N+1,
N20
, N-3
|
HNO3 |
-не Au,Pt |
||||||
|
Концентрированная (пассивация |
Разбавленная |
||||||
|
активные |
неактивные в-ва |
неактивные в-ва |
активные |
активные |
|||
|
|
|
NO↑ |
N2↑ |
NH3 ( NH4NO3) |
|||
|
HNO3 концентрированная
|
кислота или 4HNO3 2HNO3 |
||||||
4.Реагирует
с органическими веществами( алканы, арены,
фенол, анилин, целлюлоза, белки)
реакции замещения — нитрования
НNO3
→ НО — NO2 –
нитрогруппа
СН4 + HNO3
→ СН3—
NO2 + Н2О
С6Н6 + HNO3
→ С6Н5—
NO2 + Н2О
Качественная реакция на нитраты
нитрат
+ конц. Н2SO4 + Cu → … + NO2↑
Разложение нитратов
(по
ряду активности металлов)
|
1. Металлы левее магния |
KNO3 à КNO2 + O2 |
|
2. до |
Mg(NO3) металла* + NO2 + O2 |
|
3. |
|
3.Учащиеся
задают вопросы, используя записи собственного конспекта и предложенных
опорных схем.
Например: — Что
значит пассивация?
— Какая кислота называется оксикислотой?
— Как правильно записать качественные реакции на нитраты?
— Какие соли называются силитрами?
4.
Отработка умения записывать уравнения ОВР химических
реакций и расставлять коэффициенты методом электронного баланса.
Два
ученика у доски работают с уравнениями:
Cu
+ 4HNO3(конц) = Cu(NO3)2
+ 2H2O + 2NO2
3Cu
+ 8HNO3(разб) = 3Cu(NO3)2
+ 4H2O + 2NO
5. Выполнение
учащимися тестовых заданий и задания уровня С .
Учащиеся
работают дифференцированно: 2 ученика с заданиями С у доски, 3 ученика с
заданиями В вместе, остальные с заданиями А самостоятельно. Учитель выполняет
роль консультанта.
Часть
А
1.Какой
оксид реагирует с раствором НNO3,
но не реагирует с раствором NaOH?
1)
CO 3) P2O5
2)
SO3 4) MgO
2.
Азотная кислота реагирует с каждым веществом набора:
1)
KOH и Na2СO3
2)
HCl и NaOH
3) CuO
и KNO3
4) Fe2O3
и H2SO4
3.В
схеме превращений NH3⎯→ X ⎯→ Y⎯→ НNO3 ⎯→ Y
веществами
«X» и «Y» являются соответственно
1) NO2
и NO
2) NO и NO2
3)
Н2 и Н2О
4)
HCl и H2O
4.Взаимодействие
азотной кислоты с аммиаком относится к реакциям
1)
соединения, необратимым
2)
обмена, обратимым
3)
замещения, обратимым
4)
обмена, необратимым
5.В
отличие от этилена, этан реагирует с
1)
хлором
2)
водородом
3)
азотной кислотой
4)
кислородом
6.
Наибольшее количество нитрат-ионов образуется в растворе при диссоциации 1 моль
1)
нитрата натрия
2)
нитрата меди(II)
3)
нитрата алюминия
4)
нитрата кальция
7.
Одинаковую реакцию среды имеют растворы нитрата меди(II) и
1)
хлорида кальция
2)
нитрата натрия
3)
сульфата алюминия
4)
ацетата натрия
8.
Окислительные свойства азотная кислота проявляет в реакции, схема которой:
1) НNO3+ NH3
→ NH4NO3
2) НNO3+
KOH →
KNO3+
H2O
3) НNO3 + P
→ H3 PO4
+ NO2
4) НNO3+ CuO
→ Cu(NO3)2
+ H2O
Часть
В
В-1. Установите
соответствие между формулой соли и её способностью к гидролизу.
ФОРМУЛА СОЛИ СПОСОБНОСТЬ
К ГИДРОЛИЗУ
1) NН4NO3
А) по катиону
2) Ва(NO3)2
Б) по аниону
3) Аl(NO3)3
В) по катиону и аниону
Г) гидролизу не подвергается
В-2. Установите
соответствие между формулой вещества и продуктом, который образуется на аноде в
результате электролиза водного раствора этого вещества.
|
ФОРМУЛА |
ПРОДУКТ |
|
А) AgNO3 Б) HNO3 В) NaNO3 |
1) оксид 2) азот 3) 4) |
В-3. Определите массу воды, которую надо добавить к 20
г раствора азотной
кислоты с массовой долей 70% для получения раствора
азотной кислоты
с массовой долей 5%. (Запишите число с точностью до
целых.)
Ответ: ___________ г.
В-4. Рассчитайте объём оксида азота (+4), полученный
при разложении 126 г азотной кислоты. %. (Запишите число с точностью до
десятых.)
Ответ: ___________ л.
Часть С
С-1. Используя метод электронного баланса,
составьте уравнение реакции
НNO3
+ СuS
→ СuSO4
+ … + H2O
Укажите окислитель и восстановитель.
С- 2. Сплав серебра с медью массой 0,5 кг
обработали раствором азотной кислоты. К полученному раствору добавили соляную
кислоту. Масса образовавшегося осадка равна 430 г. Определите массовую долю
серебра в сплаве.
6. Разбор
выполненных заданий:
Ответы на
задания части А с комментариями.
Ответы на
задания части В с комментариями.
Комментарии
выполненных на доске заданий части С.
Азотная кислота обладает большой реакционной способностью, и взаимодействует с разными веществами,- как с простыми, так и сложными, поэтому часто встречается в заданиях ОГЭ и ЕГЭ разного уровня.
Сегодня мы разберем два задания из ЕГЭ, одно из которых простое, другое посложнее, оба — на химические свойства азотной кислоты.
На следующем уроке будут две задачи, в которых будет присутствовать HNO3 .
Задание1:
Из предложенного перечня выберите два вещества, с каждым из которых реагирует как серебро, так и железо (при нагревании).
1) вода;
2) разбавленная серная кислота;
3) концентрированная азотная кислота;
4) раствор гидроксида натрия;
5) концентрированная серная кислота.
Решение:
Для того, чтобы решить это задание, необходимо вспомнить химические свойства веществ.
Серебро — это мягкий белый, блестящий переходный металл, который по химическим свойствам занимает промежуточное положение между Cu и Au;
как и медь Ag реагирует с серой и ее соединениями, а также легко растворяется в горячей концентрированной серной кислоте, разбавленной и концентрированной азотной кислотах.
Железо также как и серебро является переходным металлом, который занимает 4 место по распространенности в земной коре; он реагирует с кислородом воздуха с образованием оксидов — Fe3O4, Fe2O3, FeO (нестабилен).
Также железо образует с серой соединение железный пирит — FeS2, на первый взгляд в котором у Fe степень окисления равна +4, однако, пирит это фактически полисульфид железа, где его валентность равна II.
Важно! Железо не образует амальгамы с ртутью, как многие металлы, поэтому из него изготавливают колбы для перевозки Hg.
Fe вступает в реакции замещения с галогенами — фтором, хлором и бромом и йодом; в реакциях с сильными концентрированными кислотами (H2SO4, HNO3) реагирует только при нагревании, а с разбавленными взаимодействует без нагревания.
Отсюда, ответ 3 и 5.
Задание 2:
Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком протекающей реакции: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
А) сульфит калия (р-р) и азотная кислота;
Б) гидроксид алюминия и гидроксид натрия (р-р);
В) хлорид аммония (тв.) и гидроксид кальция (тв.);
Г) нитрат бария (р-р) и серная кислота.
1) растворение осадка;
2) видимых изменений не наблюдается;
3) образование осадка;
4) выделение газа;
5) обесцвечивание раствора.
Решение:
Итак, это задание не очень сложное, однако, при его выполнении нужно внимательно записать уравнения химических реакций и пользоваться таблицей растворимости.
Первая реакция — между сульфитом калия и азотной кислотой:
K2SO3 + 2HNO3 → 2KNO3 + H2O + SO2.
В продуктах реакции ты ожидал увидеть сернистую кислоту и нитрат калия, но H2SO3 неустойчива, как и угольная, поэтому распадается на оксид серы (IV) и воду; соответственно, здесь происходит выделение газа в виде SO2.
Вторая реакция — между гидроксидом алюминия и гидроксидом натрия (р-р), составим уравнение:
Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + H2O,
здесь мы наблюдаем образование соли — алюмината натрия (растворимое вещество) и воды, видимых изменений не происходит.
Третья реакция — между хлоридом аммония (тв.) и гидроксидом кальция (тв.); при взаимодействии NH4Cl и гашеной извести образуется гидроксид аммония, который распадается на аммиак и воду соответственно:
2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O.
И, последняя реакция между нитратом бария и серной кислотой; как ты наверняка знаешь, одной из качественных реакций на соли сульфатов являются соединения бария, образуя осадок белого цвета BaSO4, который, кстати, нерастворим в кислотах
Ba(NO3)2 + H2SO4→ BaSO4↓+ 2HNO3.
Из вышеперечисленных реакций выводим ответ: 4143.
На сегодня все).
Чтобы поделиться, нажимайте
Опытным путём доказано, что в молекуле азотной кислоты между двумя атомами кислорода и атомом азота две химические связи абсолютно одинаковые – полуторные связи. Степень окисления азота +5, а валентность равна IV.
Физические свойства
Азотная кислота HNO3 в чистом виде — бесцветная жидкость с резким удушливым запахом, неограниченно растворимая в воде; t°пл.= -41°C; t°кип.= 82,6°С, r = 1,52 г/см3. В небольших количествах она образуется при грозовых разрядах и присутствует в дождевой воде.
Под действием света азотная кислота частично разлагается с выделением NО2 и за cчет этого приобретает светло-бурый цвет:
N2 + O2 грозовые эл.разряды→ 2NO
2NO + O2 → 2NO2
4НNО3 свет→ 4NО2↑(бурый газ) + 2Н2О + О2
Азотная кислота высокой концентрации выделяет на воздухе газы, которые в закрытой бутылке обнаруживаются в виде коричневых паров (оксиды азота). Эти газы очень ядовиты, так что нужно остерегаться их вдыхания. Азотная кислота окисляет многие органические вещества. Бумага и ткани разрушаются вследствие окисления образующих эти материалы веществ. Концентрированная азотная кислота вызывает сильные ожоги при длительном контакте и пожелтение кожи на несколько дней при кратком контакте. Пожелтение кожи свидетельствует о разрушении белка и выделении серы (качественная реакция на концентрированную азотную кислоту – жёлтое окрашивание из-за выделения элементной серы при действии кислоты на белок – ксантопротеиновая реакция). То есть – это ожог кожи. Чтобы предотвратить ожог, следует работать с концентрированной азотной кислотой в резиновых перчатках.
Получение
1. Лабораторный способ
KNO3 + H2SO4(конц) → KHSO4 + HNO3 (при нагревании)
2. Промышленный способ
Осуществляется в три этапа:
a) Окисление аммиака на платиновом катализаторе до NO
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Условия: катализатор – Pt, t = 500˚С)
б) Окисление кислородом воздуха NO до NO2
2NO + O2 → 2NO2
в) Поглощение NO2 водой в присутствии избытка кислорода
4NO2 + О2 + 2H2O ↔ 4HNO3
или 3NO2 + H2O ↔ 2HNO3+NO (без избытка кислорода)
Применение
- в производстве минеральных удобрений;
- в военной промышленности;
- в фотографии — подкисление некоторых тонирующих растворов;
- в станковой графике — для травления печатных форм (офортных досок, цинкографических типографских форм и магниевых клише).
- в производстве взрывчатых и отравляющих веществ
Химические свойства азотной кислоты
Для азотной кислоты характерны свойства: общие с другими кислотами и специфические:
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБЩИЕ С ДРУГИМИ КИСЛОТАМИ
1. Очень сильная кислота. Индикаторы в её растворе изменяют цвет на красный.
Диссоциирует в водном растворе практически нацело:
HNO3 → H+ + NO3—
2. Реагирует с основными оксидами
K2O + 2HNO3 → 2KNO3 + H2O
K2O + 2H+ + 2NO3— → 2K+ + 2NO3— + H2O
K2O + 2H+ → 2K+ + H2O
3. Реагирует с основаниями
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
H+ + NO3— + Na+ + OH— → Na+ + NO3— + H2O
H+ + OH— → H2O
4. Реагирует с солями, вытесняет слабые кислоты из их солей
2HNO3 + Na2CO3 → 2NaNO3 + H2O + CO2
2H+ + 2NO3— + 2Na+ + СO32- → 2Na+ + 2NO3— + H2O + CO2
2H+ + СO32- → H2O + CO2
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ
Азотная кислота — сильный окислитель
N+5 → N+4→ N+2→ N+1→ No → N-3
N+5 + 8e—→N-3 окислитель, восстанавливается.
1. Разлагается на свету и при нагревании
4HNO3 t˚C→ 2H2O + 4NO2 + O2
Образуется бурый газ
2. Окрашивает белки в оранжево-желтый цвет (при попадании на кожу рук — «ксантопротеиновая реакция»)
3. Реагирует с металлами.
В зависимости от концентрации кислоты и положения металла в электрохимическом ряду напряжений могут образовываться разные азотсодержащие продукты.
При взаимодействии с металлами никогда не выделяется водород
HNO3 + Me = соль + H2O + Х
| Щелочные и щелочноземельные | Fe, Cr, Al, Ni, Co | Металлы до водорода | Металлы после водорода
(Cu и др) |
Благородные
Au, Pt, Os, Ir, Ta |
|
| HNO3 (конц.ω>60%) | N2O | пассивация (при обычных условиях);
NO2 (при нагревании) |
NO2 | NO2 | Нет реакции |
| HNO3 (разбавл.) | NH3, NH4NO3 | Основной NO, но в зависимости от разбавления могут образовываться N2, N2O, NH3, NH4NO3. Чем больше разбавлена кислота, тем ниже степень окисления азота. | NO |
Таблица. Продукты реакции взаимодействия азотной кислоты с металлами
Упрощенная схема «Продукты реакции взаимодействия азотной кислоты с металлами»
Царская водка: V(HNO3) : V(HCl) = 1 : 3 растворяет благородные металлы.
HNO3 + 4HCl + Au = H[AuCl4] + NO + 2H2O
4HNO3 + 18HCl + 3Pt = 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O
4. Реагирует с неметаллами.
Азотная кислота превращается в NO (или в NO2); неметаллы окисляются до соответствующих кислот:
S0 + 6HNO3(конц) → H2S+6O4 + 6NO2 + 2H2O
B0 + 3HNO3 → H3B+3O3 + 3NO2
3P0 + 5HNO3 + 2H2O → 5NO + 3H3P+5O4
HNO3 (конц.) + неметалл = окисление неметалла до кислоты в высшей степени окисления + NO2 + вода
HNO3 (разбав.) + неметалл + вода = окисление неметалла до кислоты в высшей степени окисления + NO