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:

t0комн./ 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+ + H2O

 

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 Аuи 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 бытьNO2, 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)илиN2O.

 

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 NO2, (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+ SO42- + 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 HNO3 conc 2 HIO3 + 10 NO2 ↑ + 4 H2O

t΄(время)

д) 3P + 5 HNO3 (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.

 

HNO3 (conc) + 4 HCl (соnс) + Au 2 H2O + NO↑ + H[AuCl4]