Азотная и иодоводородная кислота уравнение

Азотная кислота: получение и химические свойства

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:

2. В промышленности азотную кислоту получают из аммиака . Процесс осуществляется постадийно.

1 стадия. Каталитическое окисление аммиака.

2 стадия. Окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV) кислородом воздуха.

3 стадия. Поглощение оксида азота (IV) водой в присутствии избытка кислорода.

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.

2. Азотная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.

Например , азотная кислота взаимодействует с оксидом меди (II):

Еще пример : азотная кислота реагирует с гидроксидом натрия:

3. Азотная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов, сульфитов).

Например , азотная кислота взаимодействует с карбонатом натрия:

4. Азотная кислота частично разлагается при кипении или под действием света:

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:

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:

С активными металлами (щелочными и щелочноземельными) концентрированная азотная кислота реагирует с образованием оксида азота (I):

Разбавленная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (II).

С активными металлами (щелочными и щелочноземельными), а также оловом и железом разбавленная азотная кислота реагирует с образованием молекулярного азота:

При взаимодействии кальция и магния с азотной кислотой любой концентрации (кроме очень разбавленной) образуется оксид азота (I):

Очень разбавленная азотная кислота реагирует с металлами с образованием нитрата аммония:

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:

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.

Видеоопыт взаимодействия фосфора с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.

Видеоопыт взаимодействия угля с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.

7. Концентрированная а зотная 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):

Еще пример : азотная кислота окисляет иодоводород:

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:

При нагревании до серной кислоты:

Соединения железа (II) азотная кислота окисляет до соединений железа (III):

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.

Cоединения йода

Йодоводород, йодоводородная кислота (HI)

Способы получения йодоводорода

В промышленности

• Взаимодействие йода с гидразином:

• Взаимодействие простых веществ происходит только при нагревании и протекает не до конца:

В лаборатории

• Вытеснение HI из йодидов ортофосфорной кислотой:

• гидролиз галогенидов неметаллов

• восстановление свободного йода:

Физические свойства йодоводорода

Водный раствор HI — иодоводородная кислота. Это бесцветная жидкость с резким запахом. Иодоводородная кислота является сильной кислотой.

В 100 г воды при обычном давлении и 20 °C растворяется 132 г HI, а при 100 °C — 177 г.

Химические свойства йодоводорода

Йодоводород – сильный восстановитель.

• Окисляется кислородом воздуха, приобретая бурый цвет:

• Взаимодействует с концентрированной серной кислотой с образованием сероводорода и свободного йода:

• Окисляется другими неметаллами:

• Окисляется даже слабыми окислителями:

• Присоединяется к кратным связям органических соединений (реакция электрофильного присоединения):

HI + CH₃ – CH = CH₂ → CH₃ – CHI – CH₃

• Образуют полииоды, присоединяя элементарный иод:

Кислородные кислоты и окислы иода

Иодноватистая кислота (HIO)

Иодноватистая кислота HIO — существует только в очень разбавленных растворах, окрашена в зеленоватый цвет. Очень неустойчива.

Получение йодноватистой кислоты

Образуется при взаимодействии иода с водой. Реакция обратима, а равновесие сильно сдвинуто в сторону исходных веществ:

Химические свойства йодноватистой кислоты

• Проявляет амфотерные свойства – слабая кислота и слабое основание. Диссоциирует и как кислота, и как основание:

• Разлагается при комнатной температуре с течением времени:

• Разлагается щелочами:

3HIO + 3NaOH = 2NaI + NaIO₃ + 3H₂O

Соли иодноватистой кислоты называют гипоиодитами.

Иодноватая кислота (HIO₃)

Йодноватая кислота HIO₃— белое кристаллическое вещество со стеклянным блеском и горьковато-кислым вкусом. При обычной температуре устойчива. Сильная одноосновная кислота, имеющая склонность к полимеризации в концентрированных растворах

Получение иодноватой кислоты

Получают в водных растворах при окислении иода хлором, пероксидом водорода либо дымящей азотной кислотой:

Химические свойства йодноватой кислоты

• хорошо растворима в воде:

• При медленном нагревании до 110ºС она частично плавится, частично образует ангидроиодноватую кислоту HI₃O₈.

При нагревании HIO₃ выше 230°C образует порошок иодноватого ангидрида I₂O₅, при растворении в воде, которого вновь образуется иодноватая кислота:

• Нейтрализуется щелочами:

• Проявляет окислительные свойства:

• При электролизе йодноватой кислоты образуется йодная кислота:

Соли иодноватой кислоты — иодаты

• Они довольно устойчивы и разлагаются при температуре выше 400 °C.

• Обладают сильными окислительными свойствами в кислой среде:

• При электролизе раствора иодаты распадаются на водород и периодаты:

Иодная кислота (HIO₄)

Иодная кислота HIO₄ — белое гигроскопичное кристаллическое вещество. В водном растворе Н₅IO₆ является слабой кислотой. В растворах образует гидраты состава mHIO₄•nН₂О, например, H₃IO₅, H₄I₂O₉, H₅IO₆ и т. д Их устойчивость зависит от концентрации раствора. Проявляет сильные окислительные свойства

Получение йодной кислоты

• При воздействии хлорной кислоты на иод в присутствии катализатора:

• Электролизом раствора иодноватой кислоты:

Химические свойства йодной кислоты

• При растворении в воде образует гидраты:

• НIO₄ разлагается при нагревании выше 122ºС:

• Щелочами нейтрализуется не полностью:

• Сильные окислительные свойства:

Cоли йодной кислоты — периодаты

Йодная кислота может образовать соли, содержащие ионы, IO₆ 5− , IO₅ 3− , IO₄ — и I₂O₉ 4− — соответственно орто-, мезо-, мета- и дипериодаты.

Получение периодатов

Периодаты можно получить при окислении иодатов сильными окислителями в щелочной среде:

Химические свойства периодатов

• Периодаты — сильные окислители, при нагревании выше 300ºС разлагаются с выделением кислорода:

• Разлагаются концентрированными кислотами:

• Разлагаются концентрированными щелочами:

• Проявляют окислительные свойства:

Оксиды йода

Пентаоксид (пятиокись) иода, йодноватый ангидрид (I₂O₅)

Иодноватый ангидрид I₂O₅ – белое, гигроскопичное вещество. На свету темнеет из-за частичного разложения.

Получение пентаоксида йода

Получают при медленном нагревании йодноватой или йодной кислоты

Химические свойства пентаоксида йода

• На свету разлагается:

• Как кислотный оксид реагирует с водой, со щелочами:

• Легко фторируется:

• Восстанавливается монооксидом углерода:

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

Окислительные свойства азотной кислоты.

ОВР в статье специально выделены цветом . Обратите на них особое внимание. Эти уравнения могут попасться в ЕГЭ.

автор статьи — Саид Лутфуллин

Азотная кислота – в любом виде (и разбавленная, и концентрированная) является сильным окислителем.

Причем, разбавленная восстанавливается глубже, чем концентрированная.

Окислительные свойства обеспечиваются азотом в высшей степени окисления +5

Какая валентность у азота в этом соединении? Вопрос очень хитрый, многие отвечают на него корректно. У азота в азотной кислоте валентность IV .

Атом азота не может образовать больше ковалентных связей, посмотрите на электронную диаграмму:

Три связи с каждым атомом кислорода, и четвертая как бы распределяется, образуется полуторная связь. Таким образом, валентность азота IV, а степень окисления +5

Первое самое интересное свойство: взаимодействие с металлами.

Водород при взаимодействии с металлами никогда не выделяется

Схема реакции азотной кислоты (и разбавленной, и концентрированной) с металлами:

HNO ₃ + Ме → нитрат + H ₂ O + продукт восстановленного азота

1. Алюминий, железо и хром с концентрированной азотной кислотой в нормальных условиях не реагируют, из-за пассивации. Нужно нагреть.

2. С платиной и золотом концентрированная азотная кислота не реагирует вообще.

Чтобы понять до чего вообще может восстанавливаться азот, посмотрим на диаграмму его степеней окисления:

Азот +5 – окислитель, будет восстанавливаться, то есть понижать степень окисления.

Все возможные продукты восстановления азотной на диаграмме обведены красным.

(Не все конечно, такие реакции вообще что угодно дать могут, но в ЕГЭ образуются только эти).

Определить какой именно продукт будет образовываться можно чисто логически:

• до таких низких степеней окисления как -3 или +1, с образованием продуктов NH ₄ NO ₃ или N ₂ O соответственно, азот восстанавливают только достаточно сильные, активные металлы: щелочные — 1-я группа главная подгруппа, щелочноземельные, а так же Al и Zn . Как ранее уже было сказано, разбавленная кислота восстанавливается глубже, поэтому при взаимодействии активных металлов с конц. азотной кислотой образуется N ₂ O , а при взаимодействии с разб. азотной кислотой NH ₄ NO ₃.

Остальные металлы восстанавливают азотную кислоту до +2 или +4, с образованием продуктов соответственно: NO или O ₂.

Разбавленная кислота восстанавливается глубже

• при взаимодействии с ней металлов, не отличающихся особой активностью, будет образовываться NO . Ну а с конц. азотной NO ₂:

(обратите внимание, что железо окисляется до высшей степени окисления)

Если тяжело сразу понять всю логичность выбора, вот таблица:

А зотная кислота окисляет неметаллы до высших оксидов.

Так как неметаллы – не такие сильные восстановители, как активные металлы, азот может восстановиться только до +4, образовав NO ₂ или NO соответственно.

При окислении неметаллов концентрированной азотной кислотой образуется бурый газ ( NO ₂), а если кислота разбавленная, то образуется NO . Схемы реакций следующие:

неметалл + HNO ₃(разб.) → соединение неметалла в высшей степени окисления + NO

неметалл + HNO ₃(конц.) → соединение неметалла в высшей степени окисления + NO ₂

(угольная кислота не образуется, так как она не стабильна)

• концентрированная азотная кислота окисляет сероводород. Окисление идет глубже при нагревании:

• концентрированная азотная кислота окисляет сульфиды до сульфатов:

• азотная кислота настолько сурова, что может окислить даже ГАЛОГЕН. Только один – иод. Разбавленная восстанавливается глубже: до +2, концентрированная до +4. А вот иод окисляется не до высшей степени окисления +7 (слишком круто), а до +5, образуя иодноватую кислоту HIO ₃:

• концентрированная азотная кислота реагирует с хлоридами и фторидами. Только следует понимать, что с фторидами и хлоридами протекает обычная реакция ионного обмена с вытеснением галогеноводорода и образованием нитрата:

• А вот с бромидами и иодидами (и с бромоводородами, и с иодоводородами) протекает ОВР. В обоих случаях образуется свободный галоген, а азот восстанавливается до NO ₂:

Образовавшийся иод окисляется дальше до иодноватой кислоты, поэтому реакцию можно записать сразу:

То же самое происходит при взаимодействии с иодо- и бромоводородами:

Реакции с золотом, магнием, медью и серебром