Азотная кислота, способы получения, физические и химические свойства, техника безопасности при работе. Нитраты.

 

O

H− O − N

O

Азот в азотной кислоте четырехвалентен, а степень окисления + 5

 

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА: азотная кислота — бесцветная жидкость

с резким удушливым запахом, легко испаряется, кипит при температуре 86 С. При температуре — 42⁰С переходит в кристаллическое состояние.

На воздухе "дымит", т.к. пары ее с влагой воздуха образуют мелкие капельки тумана. С водой смешивается в любых соотношениях.

При попадании на коку азотная кислота может вызвать сильные ожоги (образует характерное желтое пятно).

Обычно применяемая в лаборатории концентрированная азотная кислота содержит 68, % HNO₃ и имеет плотность 1.4 г /см³.

При хранении довольно легко, особенно на свету, разлагается по уравнению:

t⁰_комн./ t΄ на свету, pH<7

4HNO₃ 2 H₂O + 4 NO₂ ↑ + O₂ ↑

 

Выделяющийся газ NO₂ окрашивает азотную кислоту в бурый цвет.

 

 

КИСЛОТНО — ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КИСЛОТЫ АЗОТНОЙ.

 

Азотная кислота — одна из наиболее сильных кислот. В водных растворах она полностью диссоциирована на ионы:

HNO₃ H⁺ + NO₃⁻

HNO₃ + H₂O = NO₃⁻ + H₃O⁺

Проявляя все свойства кислот, она

 

1. Изменяет окраску индикаторов: фенолталеин − бесцветный

метилоранж − розовый

лакмус − красный

 

2. Реагирует с амфотерными и основными оксидами:

 

а) ZnO + 2HNO₃ ═ Zn(NO₃)₂ + H₂O

б) MgO +2HNO₃ ═ Mg(NO₃)₂ + H₂O

MgO + 2H⁺ ═ Mg²⁺ + H₂ O

 

3. Реагирует с основаниями:

 

Mg(OH)₂ + 2 HNO₃ ═ Mg(NO₃)₂ + 2 H₂O

Mg(OH)₂ +2 H+ ═ Mg²⁺ + 2H₂O

 

 

4. Реагирует с солями более слабых кислот

 

Na₂CO₃ + 2 HNO₃ ═ 2 NaNO₃ + CO₂ ↑+ H₂O

CO₃²⁻ + 2H⁺ ═ CO₂ ↑ + H₂O

 

ОКИСЛИТЕЛЬНО — ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА.

 

Азотная кислота является одним из сильнейших окислителей.

Ее окислительно-восстановительные свойства обусловлены присутствием в молекуле HNO₃ атома азота в высшей степени окисления N ⁺⁵ в составе кислотного остатка NO₃⁻. Окислительные свойства кислотного остатка NO₃⁻ значительно сильнее, чем ионов водорода Н⁺, поэтому азотная кислота взаимодействует практически со всеми металлами, кроме золота Аu и платины Pt, находящимися в конце ряда напряжений.

Так как окислителем в HNO₃ является ионы NO₃⁻, а не ионы Н⁺, то при взаимодействии HNO₃ с металлами практически никогда

Не выделяется водород.

 

Нитрат − ионы NO₃ ^— при взаимодействии с металлами восстанавливаются тем полнее, чем более активный металл.

 

Продукты, которые могут образовываться при восстановлении HNO₃

( одновременномогут быть NO₂, NO₂⁻, NO, N₂O, N₂, NH₄⁺):

+1 ē

+5 N⁺⁴ NO₂

HNO₃ +3 ē

N⁺² NO

+4 ē

N⁺⁵ N⁺¹ N₂O

+5 ē

N⁰ N₂

+8ē

N^-3 NH³ или

N H₄NO₃

A) действие на металлы

При взаимодействии концентрированной азотной кислоты с железом,

хромом, алюминием на их поверхности образуются слои оксидов, стойких

к действию азотной кислоты и дальнейшее окисление металлов тормозится. Такое явление называется пассивацией металлов

 

Концентрированная HNO₃ при взаимодействии с наиболее активными металлами (до алюминия) в ряду напряжений восстанавливается до N₂O.

Например:

4 Ca + 10 HNO₃ = 4 Ca (NO₃)₂ + N₂O + + 5 Н₂O

4 Са − 2ē Са ²⁺ восстановитель

1 2 NO₃ + 10 Н⁺ + 8 ē N₂O + 5 Н₂O окислитель

4 Са + 2 NO₃ + 10 Н⁺ 4 Са ²⁺ + N₂O + 5 Н₂0

Концентрированная HNO₃ при взаимодействии с менее активными металлами (Ni, Cu, Ag, Hg) восстанавливается до NO₂.

Например:

 

Cu + 4 HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

1 Cu − 2ē Cu ²⁺ восстановитель

2 NO₃⁻ + 2H⁺ + 1 ē NO₂ + H₂O окислитель

Сu + 2NO₃⁻ + 4H⁺ Cu ²⁺ + 2NO₂ + 2 H₂O

Разбавленная азотная кислота реагирует с наиболее активными металлами (до алюминия) с образованием аммиака NH₃ или нитрата аммония NH₄NO₃ (NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃) или N₂O.

 

10 HNO₃ + 4 Mg + 4 Mg(NO₃)₂ + NH₄ NO₃ + 3H₂O

1 NO₃⁻ + 10 H⁺ + 8ē NH₄⁺ + 3 H₂O окислитель

4 Mg⁰ − 2ē Mg²⁺ восстановитель

NO₃⁻ + 10 H⁺ + 4 Mg⁰ NH₄⁺ + 3H₂O + 4 Mg²⁺

 

При взаимодействии азотной кислоты разбавленной с менее активными металлами образуется оксид азота (II) — NO

 

3 Cu + 8HNO₃ 3 Cu(NO₃)₂ + 2 NO + 4 H₂O

3 Cu - 2ē Cu ²⁺ восстановитель

2 NO₃⁻ + 4H⁺ +3ē NO + 2 H₂O окислитель

3 Cu + 2 NO₃⁻ + 8 H⁺ 3 Cu ²⁺ + 2 NO + 4 H₂O

 

 

Таким образом, При взаимодействии азотной кислоты с металлами водород н е в ы д е л я е т с я.

 

 

Б) действие на неметаллы:

При нагревании азотной кислоты с неметаллами последние окисляются до кислородных кислот, а азотная кислота восстанавливается до NO_2, (HNO₃ концентрированная — > 60%) или до NO (азотная кислота средней концентрации = 25 — 30%).

 

a) S + 6 HNO₃ = H₂SO₄ + 6 NO₂ + 2H₂O

1 S⁰ + 4 H₂O − 6ē SO₄ ²⁻ + 8H⁺ восстановитель

 

6 NO₃⁻ + 2H⁺ + 1ē NO₂ + H₂O окислитель

S⁰ + 4 H₂O + 6 NO₃⁻ + 12 H⁺ SO₄^2- + 8 H⁺ + 6 NO₂ + 6H₂O

б) C + 4HNO₃ CO₂ + 4NO₂ + 2 H₂O (при кипячении)

 

в) P + 5HNO₃ H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O (при кипячении)

t⁰ - 50 - 60⁰C

г) I₂ + 10 HNO_{3 conc} 2 HIO₃ + 10 NO₂ ↑ + 4 H₂O

t΄(_время)

д) 3P + 5 HNO_{3 (разв)} +2 H₂O 3 H₃PO₄ + 5 NO

3 P + 4H₂O - 5ē PO₄³⁻ + 8H⁺ восстановитель

5 NO₃⁻ + 4 H⁺ + 3ē NO + 2 H₂O окислитель

 

3 P + 2 H₂O + 5 NO₃⁻ + 20 H⁺ 3 PO₄³⁻ + 24H⁺ + 5NO + 10 H₂O

 

Смесь, содержащая 1 объем азотной и 3 части концентрированной соляной кислоты, называется царской водкой. Эта смесь обладает еще большими окислительными свойствами и растворяет такие благородные металл, как золото и платина.

Действие царской водки основано на том, что азотная кислота окисляет соляную кислоту с образованием атомарного хлора. Роль окислителя при взаимодействии с металлами выполняет атомарный хлор в момент выделения:

HNO₃ + 3 HCl ═ 3 Cl⁰ + NO↑ + 2 H₂O

Au + HNO₃ + 3 HCl ═ AuCl₃ + NO↑ + 2 H₂O

 

Азотную кислоту используют для получения азотных удобрений, лекарственных и взрывчатых веществ.

 

HNO_{3 (conc)} + 4 HCl _(соnс) + Au 2 H₂O + NO↑ + H[AuCl₄]