Уравнения характеризующие химические свойства азотной кислоты

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.

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.

Азотная кислота (HNO₃)

Строение молекулы азотной кислоты:

Связь N + -O — образуются по донорно-акцепторному механизму: атом азота отдает электрон, играя роль донора и приобретая положительный заряд, атом кислорода присоединяет электрон, выступая в роли акцептора и приобретая отрицательный заряд. Атомы азота проявляют степень окисления +5 (валентность 4).

Физические свойства азотной кислоты:

• бесцветная маслянистая жидкость с резким запахом;
• температура кипения 83°C
• плотность 1,4 г/см 3 (63% HNO₃);
• с водой смешивается в любых пропорциях, проявляя в водных растворах свойства сильной кислоты;
• легко разлагается на свету при длительном хранении, приобретая при этом желтый оттенок, в который ее окрашивает газ NO₂, выделяющийся при разложении:
  4HNO3 ↔ 2H₂O+4NO₂↑+O₂↑

Химические свойства азотной кислоты

HNO₃ является одной из самых сильных кислот — в водных растворах полностью диссоциирует на катионы водорода и нитрат-ионы:
HNO₃ ↔ H + +NO₃ —

Азотная кислота вступает в реакции:

Следует обратить внимание, что азотная кислота в обменных реакциях может взаимодействовать далеко не со всеми солями, а лишь только с теми, при реагировании с которыми образуются нерастворимые, слабодиссоциирующие и газообразные вещества, которые, по мере их образования, более не участвуют в реакции обмена. В обменных реакциях солями, при взаимодействии с которыми образуются растворимые в воде соли азотной кислоты, азотная кислота не участвует.

В окислительно-восстановительных реакциях азотная кислота выступает в роли сильного окислителя. Высокие окислительные свойства HNO₃ объясняются тем, что в молекуле азотной кислоты атом азота в составе кислотного остатка NO₃ — имеет максимально возможную степень окисления +5. По этой причине окислительные свойства NO₃ — значительно превосходят «возможности» катионов водорода H + , из-за чего азотная кислота реагирует практически со всеми металлами за исключением золота,платины, родия, рутения, иридия и тантала, стоящими в конце ряда напряжений.

Характерной особенностью взаимодействия азотной кислоты с металлами является отсутствие выделения водорода, поскольку окислителями являются не катионы водорода, а нитрат-ионы NO₃ — , которые, при взаимодействии азотной кислоты с металлами восстанавливается тем полнее, чем более активным является металл и чем более разбавленной является HNO₃.

По этой причине образование тех или иных продуктов реакции азотной кислоты и металла зависит от концентрации кислоты и активности металла.

Атом азота в молекуле азотной кислоты имеет степень окисления +5, и может принимать 1, 2, 3, 4, 5 или 8 электронов:

Чем более концентрированной является азотная кислота, тем меньшей окислительной способностью по отношению к металлам она обладает.

С другой стороны, чем более активным является металл, тем в большей степени он восстанавливает азотную кислоту.

Примеры реакций азотной кислоты:

• концентрированная HN +5 O₃ с активными металлами (до алюминия в ряду напряжений) восстанавливается до N₂O
  10HN +5 O₃+4Ca 0 = 4Ca +2 (NO₃)₂+N₂ +1 O↑+5H₂O
• концентрированная HN +5 O₃ с неактивными металлами (Ni, Cu, Ag, Hg) восстанавливается до NO₂
  4HN +5 O₃+Ni 0 = Ni +2 (NO₃)₂+2N +4 O₂↑+2H₂O
• концентрированная HN +5 O₃ с неметаллами (Ni, Cu, Ag, Hg) восстанавливается до NO₂
  4HN +5 O₃+P 0 = HP +5 O₃+5N +4 O₂↑+2H₂O
• разбавленная HN +5 O₃ с активными металлами (до алюминия в ряду напряжений) образует аммиак или нитрат аммония
  10HN +5 O₃+4Mg 0 = 4Mg +2 (NO₃)₂+N -3 H₄N +5 O₃+3H₂O
• разбавленная HN +5 O₃ с неактивными металлами образует оксид азота (II)
  8HN +5 O₃+3Cu 0 = 3Cu +2 (NO₃)₂+2N +2 O↑+4H₂O
• разбавленная HN +5 O₃ с неметаллами образует оксид азота (II)
  2HN +5 O₃+S 0 = H₂S +6 O₄+2N +2 O↑

Концентрированная азотная кислота пассивирует алюминий, железо и хром, образуя на их поверхности очень прочную нерастворимую оксидную пленку:
2Al+6HNO₃ = Al₂O₃+6NO₂+3H₂O

«Царская водка» (смесь концентрированной азотной кислоты с соляной в соотношении 1:3) окисляет золото и платину:
Au+3HNO₃+3HCl = AuCl₃+3NO₂+3H₂O

Получение и применение азотной кислоты

Промышленный способ получения азотной кислоты:

• окислением аммиака на платиновом катализаторе до оксида азота (II):
  4N -3 H₃+5O₂ 0 = 4N +2 O -2 +6H₂O
• окислением оксида азота (II) до оксида азота (IV):
  2N +2 O -2 +O₂ 0 = 2N +4 O₂ -2
• растворением оксида азота (IV) в воде в присутствии кислорода (автор способа И.И.Андреев, 1916 г.):
  4N +4 O₂+2H₂O+O₂ 0 = 4HN+5O₃ -2

Лабораторный способ получения азотной кислоты:

• взаимодействием безводных нитратов с концентрированной серной кислотой:
  NaNO₃+H₂SO₄ = NaHSO₄+HNO₃

Применение азотной кислоты:

• производство азотных удобрений;
• в фармакологии для производства лекарственных препаратов;
• в производстве взрывчатых веществ.

Соли азотной кислоты

О солях азотной кислоты, наверняка, слышали многие, ведь в последнее время так много говорят о вреде нитратов в овощах и фруктах.

Нитраты калия, натрия, аммония и кальция называются селитрами (калийная селитра, натриевая селитра, аммонийная селитра, известковая селитра). Селитры нашли широкое применение в сельском хозяйстве в качестве минеральных азотных удобрений, что вполне логично, ибо азот является одним из основных элементов растений.

Нитраты хорошо растворяются в воде, при этом такие растворы не обладают окислительными свойствами, а вот расплавы нитратов являются хорошими окислителями.

Те нитраты, которые были образованы слабыми основаниями, гидролизуются, их водные растворы являются кислыми:
Cu 2+ (NO₃)₂+ H₂O ↔ CuOH + NO₃+ H + NO₃

Соли азотной кислоты являются сильными окислителями.

Все нитраты, за исключением нитрата аммония разлагаются с выделением кислорода, при этом образующиеся продукты разложения зависят от электроотрицательности металла (см. таблицу выше):

• соли металлов, расположенных в ряду напряжений левее магния, при разложении образуют кроме кислорода еще и нитриты:
  MeN +5 O₃ → MeN +3 O₂+O₂ 0 ↑
  2KNO₃ = 2KNO₂+O₂
• соли металлов, расположенных от магния до меди — образуют оксиды металла и азота (IV):
  MeN +5 O₃ → MeO+N +4 O₂↑+O₂ 0 ↑
  2Pb(NO₃)₂ = 2PbO+4NO₂+O₂
• соли металлов, расположенных правее меди — образуют свободный металл и оксид азота (IV):
  MeN +5 O₃ → Me+N +4 O₂↑+O₂ 0 ↑
  2AgNO₃ = 2Ag+2NO₂+O₂
• нитрат аммония разлагается с образованием оксида азота (I) и воды:
  NH₄NO₃ = N₂O+2H₂O

Нитраты вступают в реакции, типичные для всех солей:

Получение и применение нитратов

Нитраты получают реакцией азотной кислоты:

• Селитры используются в качестве минеральных удобрений:
  • KNO₃ — калийная или индийская селитра;
  • NaNO₃ — натриевая или чилийская селитра;
  • NH₄NO₃ — аммонийная селитра;
  • Ca(NO₃)₂ — известковая или норвежская селитра.
• Калийная селитра используется для изготовления «черного пороха».
• Аммонийная селитра используют для изготовления взрывчатого вещества — аммонала.

Другие соединения азота:

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

Азотная кислота — строение и химические свойства

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:

2) С основаниями, амфотерными гидроксидами:

3) Вытесняет слабые кислоты из их солей:

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:

3) Азотная кислота окисляет сложные вещества:

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