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
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:
Остальные металлы восстанавливают азотную кислоту до +2 или +4, с образованием продуктов соответственно: NO или O 2.
Разбавленная кислота восстанавливается глубже
(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.
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)
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
Уроки по неорганической химии для подготовки к ЕГЭ
Свойства простых веществ:
Свойства сложных веществ:
Особенности протекания реакций:
Химические свойства азотной кислоты
Чем более разбавленной является кислота, тем более сильным окислителем она является.
Восстановители:
Взаимодействие азотной кислоты с простыми веществами:
10HNO3(разб.) + 4Mg → 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O (возможно образование N2)
3) С неметаллами (слабыми восстановителями) образуются соответствующие кислоты, а также NO (если кислота разб.) или NO2 (если кислота конц.):
10HNO3(конц.) + I2 → 2HIO3 + 10NO2 + 4H2O (t) (из галогенов реакция идет только с йодом)
Взаимодействие азотной кислоты со сложными веществами:
Окисляем анион:
8HNO3(к) + H2S → H2SO4 + 8NO2 
+ 4H2O
8HNO3(к) + Na2S → Na2SO4 + 8NO2 + 4H2O
4HNO3(конц.) + CuS → Cu(NO3)2 + S 
+ 2NO2 + 2H2O
8HNO3 + Cu2S → 2Cu(NO3)2 + S + 4NO2 + 4H2O
12HNO3 + Cu2S → CuSO4 + Cu(NO3)2 + 10NO2 + 6H2O
16HNO3(к) + Mg3P2 → Mg3(PO4)2 + 16NO2 + 8H2O
16HNO3(к) + Ca(HS)2 → H2SO4 + CaSO4 + 16NO2 + 8H2O
В избытке кислоты фосфаты растворяются:
11HNO3(к, изб.) + AlP → H3PO4 + Al(NO3)3 + 8NO2 + 4H2O
Окисляем металл соли или оксида:
10HNO3(к) + Fe3O4 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O
4HNO3(к) + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O
HNO3(к) + FeSO4 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2SO4 + H2O
4HNO3(к) + CrCl2 → Cr(NO3)3 + NO2 + 2HCl + H2O (ионы Cl – азотная кислота окислить не может)
Одновременное окисление катиона и аниона:
14HNO3(к) + Cu2S → H2SO4 + 2Cu(NO3)2 + 10NO2 + 6H2O.
Азотная кислота — строение и химические свойства
Азотная кислота – бесцветная гигроскопичная жидкость, c резким запахом, «дымит» на воздухе, неограниченно растворимая в воде.
tкип. = 83ºC.. При хранении на свету разлагается на оксид азота (IV), кислород и воду, приобретая желтоватый цвет:
4HNO3 = 4NO2 + 2H2O + O2.
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 HNO3), переводит в раствор золото и платину. Еще более активна смесь концентрированных HNO3 и HF.
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 O3(конц.) + Cu 0 = Cu +2 (NO3)2 + 2 N +4 O2 + 2 H2O
N +5 + 1e → N +4 2 окислитель, пр-с восстановления
Cu 0 – 2e → Cu +2 1 восстановитель, пр-с окисления
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:
С каким металлом не может взаимодействовать концентрированная азотная кислота
I. Строение молекулы
Опытным путём доказано, что в молекуле азотной кислоты между двумя атомами кислорода и атомом азота две химические связи абсолютно одинаковые – полуторные связи. Степень окисления азота +5, а валентность равна IV.
II. Физические свойства
Под действием света азотная кислота частично разлагается с выделением NО2 и за cчет этого приобретает светло-бурый цвет:
Азотная кислота высокой концентрации выделяет на воздухе газы, которые в закрытой бутылке обнаруживаются в виде коричневых паров (оксиды азота). Эти газы очень ядовиты, так что нужно остерегаться их вдыхания. Азотная кислота окисляет многие органические вещества. Бумага и ткани разрушаются вследствие окисления образующих эти материалы веществ. Концентрированная азотная кислота вызывает сильные ожоги при длительном контакте и пожелтение кожи на несколько дней при кратком контакте. Пожелтение кожи свидетельствует о разрушении белка и выделении серы (качественная реакция на концентрированную азотную кислоту – жёлтое окрашивание из-за выделения элементной серы при действии кислоты на белок – ксантопротеиновая реакция). То есть – это ожог кожи. Чтобы предотвратить ожог, следует работать с концентрированной азотной кислотой в резиновых перчатках.
III. Получение
1. Лабораторный способ
2. Промышленный способ
a) Окисление аммиака на платиновом катализаторе до NO
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (условия: катализатор – Pt, t = 500˚С)
б) Окисление кислородом воздуха NO до NO2
в) Поглощение NO2 водой в присутствии избытка кислорода
или 3NO2 + H2O ↔ 2HNO3+NO (без избытка кислорода)
IV. Химические свойства
Для азотной кислоты характерны свойства: общие с другими кислотами и специфические.
1. Химические свойства общие с другими кислотами
1. Очень сильная кислота.
Диссоциирует в водном растворе практически нацело:
2. Реагирует с основными оксидами
3. Реагирует с основаниями
4. Реагирует с солями, вытесняет слабые кислоты из их солей
2. Специфические свойства азотной кислоты
N +5 → N +4 → N +2 → N +1 → N o → N -3
N +5 + 8e — →N -3 окислитель, восстанавливается.
1. Разлагается на свету и при нагревании
Образуется бурый газ
2. При взаимодействии с металлами никогда не выделяется водород
HNO3 + Me = соль + H2O + Х
С каким металлом не может взаимодействовать концентрированная азотная кислота
Химия
2.6. Характерные химические свойства кислот
Взаимодействие кислот с металлами
При взаимодействии металлов с концентрированной азотной кислотой продуктом ее восстановления является преимущественно NO2, независимо от природы металла.
При реакции выделяется бурый газ NO2
При опускании кусочка меди в концентрированную азотную кислоту выделяется бурый газ, а на дне образуется голубой раствор нитрата меди(II)
Металлы переменной валентности при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой окисляются до высшей степени окисления, а металлы, которые окисляются до степени окисления +4 и выше, образуют кислоты или оксиды.
В концентрированной азотной кислоте пассивируются Al, Fe, Cr, Ni, Со и некоторые другие металлы. После обработки азотной кислотой эти металлы не реагируют и с другими кислотами.
При взаимодействии металлов с разбавленной азотной кислотой продукт ее восстановления зависит от активности металла: чем активнее металл, тем в большей степени восстанавливается азотная кислота.
Активные металлы восстанавливают азотную кислоту максимально.
Продуктами восстановления разбавленной азотной кислоты металлами средней активности являются азот или оксид азота(I).
При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами продуктом восстановления является оксид азота(II).
Надо обратить внимание, что при реакции с азотной кислотой получается смесь соединений азота, но мы записываем то соединение, которое получается в большем количестве.
Основное правило: чем выше активность металла и ниже концентрация азотной кислоты, тем ниже степень окисления азота в том соединении, которое образуется больше других.
и повышается восстановительная активность металлов вследствие образования комплексов, поэтому окисление благородных металлов происходит с образованием комплексных кислот:
Некоторые металлы Nb, Ta, W не растворяются даже в «царской водке», но растворяются в смеси азотной и фтороводородной кислот.
