Оксиды азота. Азотная кислота
Оксиды азота
Известны несколько оксидов азота.
Несолеобразующие оксиды: N2O, NO
Все оксиды азота, кроме N2O, ядовитые вещества.
Оксид азота (I) N2O – это бесцветный газ со слабым запахом и сладковатым вкусом, хорошо растворимый в воде, но не взаимодействует с ней. При достаточно высокой температуре разлагается по уравнению:
В смеси с кислородом N2O используется в медицине для наркоза («веселящий» газ).
Наиболее важными являются оксиды азота (II) и (IV).
Оксид азота (II) NO – бесцветный газ, не имеет запаха. В воде малорастворим, относится, как и N2O, к несолеобразующим оксидам. Оксид азота (II) NO образуется из азота и кислорода при сильных электрических разрядах (например, во время грозы в воздухе) или при высокой температуре:
В лаборатории оксид азота (II) получают, например, при взаимодействии меди и разбавленной азотной кислоты:
Оксид азота (II) в промышленности получают каталитическим окислением аммиака и используют для получения азотной кислоты:
Оксид азота (II) на воздухе легко окисляется до оксида азота (IV):
Оксид азота (IV)
Оксид азота (IV) NO2 – ядовитый газ бурого цвета, имеет характерный запах. Хорошо растворяется в воде. Оксид азота (IV) является смешанным оксидом, которому соответствуют две кислоты: азотистая HNO2 и азотная HNO3. Поэтому взаимодействие с водой происходит по уравнению:
При взаимодействии NO2 с водой в присутствии кислорода (на воздухе) образуется только азотная кислота:
При растворении NO2 в щелочи, например NaOH, образуются две соли (нитрат и нитрит) и вода:
В избытке кислорода образуется только нитрат натрия:
Ниже 22 0 С молекулы оксида азота (IV) NO2 легко соединяются попарно и образуют бесцветную жидкость состава N2O4, которая при охлаждении до – 10,2 0 С превращается в бесцветные кристаллы.
В лаборатории NO2 можно получить при взаимодействии, например, меди с концентрированной азотной кислотой:
В промышленности NO2 получают путем окисления NO кислородом и далее используют для получения азотной кислоты.
Оксид азота (III) N2O3 – это темно-синяя жидкость, является кислотным оксидом. При взаимодействии с водой образуется азотистая кислота:
Оксид азота (III)
Оксид азота (V) N2O5 – бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде с образованием азотной кислоты:
Азотная кислота
Физические свойства
Азотная кислота HNO3 – бесцветная жидкость, имеет резкий запах, легко испаряется, кипит при температуре 83 0 С. При попадании на кожу азотная кислота может вызвать сильные ожоги (на коже образуется характерное желтое пятно, его сразу же следует промыть большим количеством воды, а затем нейтрализовать содой). С водой азотная кислота смешивается в любых соотношениях.
Обычно применяемая в лаборатории концентрированная азотная кислота содержит 63% HNO3. При хранении довольно легко, особенно на свету разлагается по уравнению:
Выделяющийся газ NO2 окрашивает азотную кислоту в бурый цвет.
Химические свойства
Кислотно – основные свойства
Азотная кислота – одна из наиболее сильных кислот. В водных растворах она полностью диссоциирована на ионы:
Как и все кислоты, она реагирует:
в) с солями более слабых кислот:
Окислительно – восстановительные свойства
Общая схема взаимодействия азотной кислоты с металлами
Концентрированная HNO3 при взаимодействии с наиболее активными металлами (до Al в ряду напряжений) восстанавливается до N2O. Например:
Концентрированная HNO3 при взаимодействии с менее активными металлами (Ni, Cu, Ag, Hg) восстанавливается до NO2. Например:
Аналогично концентрированная азотная кислота реагирует с некоторыми неметаллами. Неметалл при этом окисляется до оксокислоты. Например:
Следует отметить, что концентрированная HNO3 пассивирует такие металлы, как Fe, Al, Cr. Сущность пассивирования заключается в образовании на поверхности металла тонкой, но очень плотной оксидной плёнки, предохраняющей металл от дальнейшего взаимодействия с кислотой; например:
Разбавленная HNO3 реагирует с наиболее активными металлами (до Al) с образованием аммиака или нитрата аммония NH4NO3:
При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с менее активными металлами образуется оксид азота (II) NO:
Таким же образом разбавленная HNO3 взаимодействует с некоторыми неметаллами:
Взаимодействие азотной кислоты с медью
Получение
В лаборатории азотную кислоту получают при взаимодействии безводных нитратов с концентрированной серной кислотой:
В промышленности получение азотной кислоты идет в три стадии:
Применение
Азотную кислоту применяют для получения азотных удобрений, лекарственных и взрывчатых веществ.
Соли азотной кислоты
Соли азотной кислоты называются нитратами. Нитраты калия, натрия, аммония и кальция называются селитрами. Селитры применяют как минеральные азотные удобрения, так как азот является одним из основных элементов питания растений.
Все соли азотной кислоты хорошо растворимы в воде.
Соли азотной кислоты, как и она сама, являются сильными окислителями.
При нагревании все нитраты разлагаются с выделением кислорода, характер других продуктов разложения зависит от положения металла в ряду напряжений:
*на изображении записи кристаллы нитрата меди (II)
Урок 22 Бесплатно Оксиды азота. Азотная кислота
Оксиды азота
Азот образует оксиды, в которых проявляет степени окисления от +1 до +5:
Два из них кислотные:
N2O3 соответствует азотистой кислоте и образует соли нитриты,
N2O5 соответствует азотной кислоте и образует соли нитраты.
Остальные оксиды несолеобразующие: им не соответствуют кислоты или соли.
Сравнительная характеристика оксидов азота приведена в таблице.
Оксид
Степень окисления азота
Внешний вид при н.у.
Бесцветный газ со сладковатым запахом
Молярная масса
Плотность
Применение
Наркоз, добавка к топливу
Получение азотной кислоты
Окислитель ракетного топлива
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Также ученые получили такие экзотические соединения азота с кислородом, как тринитрамид N4O6 и нитрозилазид N4O
Эти вещества слабо изучены, поскольку очень неустойчивы и разлагаются со взрывом, образуя азот N2 и оксид азота (IV) NO2
Из всех оксидов азота мы рассмотрим оксиды азота (II) и азота (IV). Они являются промежуточными продуктами при получении азотной кислоты в промышленности.
Несолеобразующий оксид азота (II) – бесцветный газ с неприятным запахом, сильно ядовит. Это единственный оксид азота, который получается при непосредственном взаимодействии азота и кислорода. В природе он образуется в воздухе при грозовых разрядах.
Другие оксиды получают косвенным путём, используя оксид азота (II) или аммиак:
Первая реакция – каталитическая, вторая протекает сама по себе при обычных условиях
Кислотный оксид азота (IV) NO2 – бурый газ с раздражающим запахом, реагирует с водой с образованием смеси азотной и азотистой кислот:
Упомянутые выше оксиды азота образуются при сжигании топлива. Попадая в воздух, они загрязняют окружающую среду и вызывают образование кислотных дождей.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Если вы видите, как из трубы химического предприятия идёт рыжий или бурый дым – это оксид азота (IV). Он тяжелее воздуха, поэтому часто не поднимается вверх, а стелется горизонтально. Из-за этого в сочетании с цветом его называют «лисий хвост».
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Азотная кислота
Чистая азотная кислота HNO3 – бесцветная жидкость с резким раздражающим запахом. Свойства азотной кислоты:
– кипит при температуре 83°С
– с водой смешивается в любых соотношениях
– гигроскопичная: поглощает влагу из воздуха, из-за чего на воздухе «дымит», то есть совместно с влагой воздуха образует туман из азотной кислоты.
На свету азотная кислота медленно разлагается с образованием NO2, который придаёт ей жёлтый цвет.
Азотная кислота проявляет все обычные свойства кислот:
В результате этих реакций образуются соли – нитраты.
Но в то же время азот в степени окисления +5 является более сильным окислителем, чем ион водорода, поэтому при реакциях азотной кислоты с металлами выделяется не водород, а различные соединения азота: от оксида азота (IV) NO2 до аммиака NH3.
Чем активнее металл, а также чем меньше концентрация кислоты, тем сильнее восстанавливается азот.
Например, при реакции с медью выделяется NO2 или NO, а при реакции с цинком выделяется N2 или NH3.
Но в реальных условиях среди продуктов одновременно присутствует несколько соединений азота.
Железо, алюминий и хром не реагируют с концентрированной азотной кислотой, поэтому её с легкостью перевозят в стальных цистернах.
Азотная кислота также способна окислять неметаллы до соответствующих кислот:
серу до серной кислоты,
фосфор до фосфорной кислоты.
Многие органические вещества при контакте с азотной кислотой загораются. Например, скипидар:
Азотная кислота очень широко применяется в промышленности и в лаборатории.
Интересна по своим свойствам смесь двух кислот: азотной и соляной.
А всё дело в том, что при смешивании этих кислот образуется хлорид нитрозила – очень сильный окислитель
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Именно нитрозилхлорид и придаёт «царской водке» оранжевый цвет.
«Царскую водку» используют при добыче золота для его отделения от пустой породы.
В лабораториях ей отмывают химическую посуду от сильных загрязнений.
При работе с азотной кислотой нужно соблюдать крайнюю осторожность: не допускать её попадания на кожу и одежду!
Главный потребитель азотной кислоты – химическая промышленность: около 75% производимой кислоты используют для выработки удобрений. Также она расходуется на получение красителей, синтетических волокон, взрывчатых веществ, фотоплёнки, лекарств, в качестве окислителя ракетного топлива.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Соли азотной кислоты – нитраты
Соли азотной кислоты называются «нитраты».
Нитраты натрия, калия, кальция и аммония также называют селитрами.
От этого и произошло латинское название азота: nitrogenium – «рождающий селитру».
Человек сначала познакомился с селитрой, понял ее свойства, а уже потом определил, что в её состав входит азот.
Селитра образуется при очень длительном разложении органических останков. При гниении белков содержащийся в них азот высвобождается в виде аммиака и оксидов азота. Оксиды азота при этом связываются различными минеральными веществами, образуя селитру. Этот процесс происходит сотнями лет, сопровождаемый выветриванием газообразных продуктов и полным разложением органических веществ.
Нитрат натрия NaNO3 также называют чилийской селитрой из-за богатых её месторождений на территории Чили.
Очень много селитры скапливается в пещерах, где она образуется при длительном гниении и выветривании продуктов жизнедеятельности летучих мышей.
Все нитраты – твёрдые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Подобно азотной кислоте, при нагревании они разлагаются и поэтому являются сильными окислителями.
Поэтому селитру используют в качестве компонента горючих смесей, в частности, она входит в состав пороха и различных смесей для фейерверков.
Водные растворы нитратов почти не проявляют окислительных свойств.
Из солей азотной кислоты наиболее важное значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция, которые являются азотными удобрениями.
Нитрат калия используют для изготовления чёрного пороха.
Нитрат аммония входит в состав взрывчатых смесей, аммонитов, применяемых при взрывных работах. Нитраты находят широкое применение в пиротехнике. Также нитраты используют при производстве красителей, в том числе и для изготовления цветного стекла, в качестве пищевых добавок, компонентов пороха.
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Оксид азота IV: получение и химические свойства
| Оксиды азота | Цвет | Фаза | Характер оксида |
| N2O Оксид азота (I), закись азота, «веселящий газ» | бесцветный | газ | несолеобразующий |
| NO Оксид азота (II), закись азота, «веселящий газ» | бесцветный | газ | несолеобразующий |
| N2O3 Оксид азота (III), азотистый ангидрид | синий | жидкость | кислотный |
| NO2 Оксид азота (IV), диоксид азота, «лисий хвост» | бурый | газ | кислотный (соответствуют две кислоты) |
| N2O5 Оксид азота (V), азотный ангидрид | бесцветный | твердый | кислотный |
Оксид азота (IV) — бурый газ. Очень ядовит! Для NO2 характерна высокая химическая активность.
Способы получения
1. Оксид азота (IV) образуется при окислении оксида азота (II) кислородом или озоном:
2. Оксид азота (IV) образуется при действии концентрированной азотной кислоты на неактивные металлы.
3. Оксид азота (IV) образуется также при разложении нитратов металлов, которые в ряду электрохимической активности расположены правее магния (включая магний) и при разложении нитрата лития.
Химические свойства
1. Оксид азота (IV) реагирует с водой с образованием двух кислот — азотной и азотистой:
Поскольку азотистая кислота неустойчива, то при растворении NO2 в теплой воде образуются HNO3 и NO:
При нагревании выделяется кислород:
2. При растворении оксида азота (IV) в щелочах образуются нитраты и нитриты:
В присутствии кислорода образуются только нитраты:
4. Оксид азота (IV) димеризуется :
Азотная кислота
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.
В промышленности азотную кислоту получают в результате окисления аммиака на платино-родиевых катализаторах.
Чистая азотная кислота впервые была получена действием на селитру концентрированной серной кислоты:
Является одноосновной сильной кислотой, вступает в реакции с основными оксидами, основаниями. С солями реагирует при условии выпадения осадка, выделения газа или образования слабого электролита.
При нагревании азотная кислота распадается. На свету (hv) также происходит подобная реакция, поэтому азотную кислоту следует хранить в темном месте.
Для малоактивных металлов (стоящих в ряду напряжений после водорода) реакция с концентрированной азотной кислотой происходит с образованием нитрата и преимущественно NO2.
С разбавленной азотной кислотой газообразным продуктом преимущественно является NO.
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.
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.
Получают нитраты в ходе реакции азотной кислоты с металлами, их оксидами и основаниями.
В реакциях с оксидами и основаниями газообразный продукт обычно не выделяется.
Нитрат аммония получают реакция аммиака с азотной кислотой.
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).
Нитраты разлагаются в зависимости от активности металла, входящего в их состав.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
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.
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.
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
1. Азотная кислота практически полностью диссоциирует в водном растворе.
2. Азотная кислота реагирует с основными оксидами, основаниями, амфотерными оксидами и амфотерными гидроксидами.
Еще пример : азотная кислота реагирует с гидроксидом натрия:
3. Азотная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов, сульфитов).
4. Азотная кислота частично разлагается при кипении или под действием света:
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:
| 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).
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.
Еще пример : азотная кислота окисляет иодоводород:
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.
