· Промышленное производство, применение и действие на организм · Близкие статьи · Примечания · Литература · Официальный сайт ·

Высококонцентрированная HNO 3 имеет обычно бурую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения:

При нагревании азотная кислота распадается по той же реакции. Азотную кислоту можно перегонять (без разложения) только при пониженном давлении (указанная температура кипения при атмосферном давлении найдена экстраполяцией).

Золото, некоторые металлы платиновой группы и тантал инертны к азотной кислоте во всём диапазоне концентраций, остальные металлы реагируют с ней, ход реакции помимо этого определяется её концентрацией.

HNO 3 как сильная одноосновная кислота взаимодействует:

а) с основными и амфотерными оксидами:

в) вытесняет слабые кислоты из их солей:

При кипении или под действием света азотная кислота частично разлагается:

Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, помимо этого азот восстанавливается до степени окисления от +4 до 3. Глубина восстановления зависит в первую очередь от природы восстановителя и от концентрации азотной кислоты. Как кислота-окислитель, HNO 3 взаимодействует:

а) с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода:

Концентрированная HNO 3

Разбавленная HNO 3

б) с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода:

Все приведенные выше уравнения отражают только доминирующий ход реакции. Это означает, что в данных условиях продуктов данной реакции больше, чем продуктов других реакций, к примеру, при взаимодействии цинка с азотной кислотой (массовая доля азотной кислоты в растворе 0,3) в продуктах будет содержаться больше всего NO, но также будут содержаться (только в меньших количествах) и NO 2 , N 2 O, N 2 и NH 4 NO 3 .

Единственная общая закономерность при взаимодействии азотной кислоты с металлами: чем более разбавленная кислота и чем активнее металл, тем глубже восстанавливается азот:

Увеличение концентрации кислоты увеличение активности металла

С золотом и платиной азотная кислота, даже концентрированная не взаимодействует. Железо, алюминий, хром холодной концентрированной азотной кислотой пассивируются. С разбавленной азотной кислотой железо взаимодействует, причем исходя из концентрации кислоты образуются не только различные продукты восстановления азота, но и различные продукты окисления железа:

Азотная кислота окисляет неметаллы, при этом азот обычно восстанавливается до NO или NO 2:

и сложные вещества, к примеру:

Некоторые органические соединения (например амины, скипидар) самовоспламеняются при контакте с концентрированной азотной кислотой.

Некоторые металлы (железо, хром, алюминий, кобальт, никель, марганец, бериллий), реагирующие с разбавленной азотной кислотой, пассивируются концентрированной азотной кислотой и устойчивы к её воздействию.

Смесь азотной и серной кислот носит название «меланж».

Азотная кислота широко используется для получения нитросоединений.

Смесь трех объёмов соляной кислоты и одного объёма азотной называется «царской водкой». Царская водка растворяет большая часть металлов, в том числе Золото и платину. Её сильные окислительные способности обусловлены образующимся атомарным хлором и хлоридом нитрозила:

Нитраты

Азотная кислота является сильной кислотой. Её соли - нитраты - получают действием HNO 3 на металлы, оксиды, гидроксиды или карбонаты. Все нитраты хорошо растворимы в воде. Нитрат-ион в воде не гидролизуется.

Соли азотной кислоты при нагревании необратимо разлагаются, причём состав продуктов разложения определяется катионом:

а) нитраты металлов, стоящих в ряду напряжений левее магния:

б) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений между магнием и медью:

в) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений правее ртути:

г) нитрат аммония:

Нитраты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств, но при высокой температуре в твердом состоянии являются сильными окислителями, например, при сплавлении твердых веществ:

Цинк и алюминий в щелочном растворе восстанавливают нитраты до NH 3:

Соли азотной кислоты - нитраты - широко используются как удобрения. Помимо этого практически все нитраты хорошо растворимы в воде, поэтому в виде минералов их в природе чрезвычайно мало; исключение составляют чилийская (натриевая) селитра и индийская селитра (нитрат калия). Большая часть нитратов получают искусственно.

С азотной кислотой не реагируют стекло, фторопласт-4.

Одноосновная сильная кислота, представляющая собой в стандартных условиях бесцветную жидкость, которая при хранении желтеет, может находиться в твердом состоянии, характеризующемся двумя кристаллическими модификациями (моноклинная или ромбическая решетки), при температурах ниже минус 41,6 оС. Это вещество с химической формулой — HNO3 — называется азотная кислота. Имеет молярную массу 63,0 г/моль, а ее плотность соответствует 1,51 г/см³. Температура кипения кислоты равняется 82,6 оС, процесс сопровождается разложением (частичным): 4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2. Раствор кислоты с массовой долей основного вещества, равной 68 % кипит при температуре 121 оС. чистого вещества соответствует 1,397. Кислота способна смешиваться с водой в любых соотношениях и, являясь сильным электролитом, почти полностью распадаться на ионы H+ и NO3-. Твердые формы — тригидрат и моногидрат имеют формулы: HNO3 . 3H2O и HNO3 . H2O соответственно.

Азотная кислота — коррозионно активное, токсическое вещество и сильный окислитель. Со средних веков известно такое название, как «сильная вода» (Aqua fortis). Алхимики, открывшие кислоту в 13 веке, дали такое название, убедившись в ее необычайных свойствах (разъедала все металлы, кроме золота), превосходящих в миллион раз силу уксусной кислоты, которую в те времена считали самой активной. Но еще через три столетия было установлено, что разъедать, даже золото, может смесь таких кислот, как азотная и соляная в объемном соотношении 1:3, которую по этой причине и назвали «царская водка». Появление желтого оттенка при хранении объясняется накоплением в ней окислов азота. В продаже кислота чаще бывает с концентрацией 68 %, а при содержании основного вещества более 89 % ее называют «дымящей».

Химические свойства азотной кислоты отличают ее от разбавленной серной или соляной кислот тем, что HNO3 более сильный окислитель, поэтому никогда не выделяется водород в реакциях с металлами. Благодаря окислительным свойствам она реагирует также с многими неметаллами. И в том, и другом случае всегда образуется диоксид азота NO2. В окислительно-восстановительных реакциях восстановление азота происходит до различной степени: HNO3, NO2, N2O3, NO, N2O, N2, NH3, что определяется концентрацией кислоты и активностью металла. В молекулах образующихся соединений содержится азот со степенью окисления: +5, +4, +3, +2, +1, 0, +3 соответственно. Например, медь окисляется концентрированной кислотой до нитрата меди (II): Cu + 4HNO3 → 2NO2 + Cu(NO3)2 + 2H2O, а фосфор — до метафосфорной кислоты: P + 5HNO3 → 5NO2 + HPO3 + 2H2O.

Иначе взаимодействует разбавленная азотная кислота с неметаллами. На примере реакции с фосфором: 3P + 5HNO3 +2H2O → 3H3PO4 + 5NO видно, что азот восстанавливается до двухвалентного состояния. В результате образуется монооксид азота, а фосфор окисляется до Концентрированная азотная кислота в смеси с соляной кислотой растворяет золото: Au + 4HCl + HNO3 → NO + H + 2H2O и платину: 3Pt + 18HCl + 4HNO3 → 4NO +3H2 + 8H2O. В этих реакциях на начальном этапе соляная кислота окисляется азотной с выделением хлора, а затем металлы образуют комплексные хлориды.

Азотная кислота в промышленных масштабах получается тремя основными способами:

Первый — взаимодействием солей с серной кислотой: H2SO4 + NaNO3 → HNO3 + NaHSO4. Раньше это способ был единственным, но, с появлением других технологий, в настоящее время его используют в лабораторных условиях для получения дымящей кислоты.
Второй — это дуговой способ. При продувании воздуха через с температурой от 3000 до 3500 оС, часть азота воздуха реагирует с кислородом, при этом образуется монооксид азота: N2 + O2 → 2NO, который после охлаждения окисляется до диоксида азота (при высокой температуре монооксид с кислородом не взаимодействует): O2 + 2NO → 2NO2. Затем, практически, весь диоксид азота, при избытке кислорода, растворяется в воде: 2H2O +4NO2 + O2 → 4HNO3.
Третий — это аммиачный способ. Аммиак окисляется на платиновом катализаторе до монооксида азота: 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O. Образовавшиеся нитрозные газы охлаждаются, и образуется диоксид азота, который поглощается водой. Этим способом получают кислоту с концентрацией от 60 до 62 %.

Азотная кислота в промышленности широко применяется для получения лекарств, красителей, азотных удобрений и солей азотной кислоты. Кроме того, она используется для растворения металлов (например, медь, свинец, серебро), которые не реагируют с другими кислотами. В ювелирном деле используется для определения золота в сплаве (это способ является основным).

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 .

Физические свойства

Азотная кислота HNO 3 в чистом виде - бесцветная жидкость с резким удушливым запахом, неограниченно растворимая в воде; t°пл.= -41°C; t°кип.= 82,6°С, r = 1,52 г/см 3 . В небольших количествах она образуется при грозовых разрядах и присутствует в дождевой воде.

Под действием света азотная кислота частично разлагается с выделением N О 2 и за c чет этого приобретает светло-бурый цвет:

N 2 + O 2 грозовые эл . разряды → 2NO

2NO + O 2 → 2NO 2

4Н N О 3 свет → 4 N О 2 (бурый газ) + 2Н 2 О + О 2

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.

Получение

1. Лабораторный способ

KNO 3 + H 2 SO 4 (конц) → KHSO 4 + HNO 3 (при нагревании)

2. Промышленный способ

Осуществляется в три этапа :

a) Окисление аммиака на платиновом катализаторе до NO

4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O (Условия: катализатор – Pt , t = 500˚С)

б) Окисление кислородом воздуха NO до NO 2

2NO + O 2 → 2NO 2

в) Поглощение NO 2 водой в присутствии избытка кислорода

4NO 2 + О 2 + 2H 2 O ↔ 4HNO 3

или3 NO 2 + H 2 O ↔ 2 HNO 3 + NO (без избытка кислорода)

Тренажёр "Получение азотной кислоты"

Применение

в производстве минеральных удобрений;
в военной промышленности;
в фотографии - подкисление некоторых тонирующих растворов;
в станковой графике - для травления печатных форм (офортных досок, цинкографических типографских форм и магниевых клише).
в производстве взрывчатых и отравляющих веществ

Вопросы для контроля:

№1. Степень окисления атома азота в молекуле азотной кислоты

a. +4

b. +3

c. +5

d. +2

№2. Атом азота в молекуле азотной кислоты имеет валентность равную -

a. II

b. V

c. IV

d. III

№3. Какими физическими свойствами характеризуют чистую азотную кислоту?

a. без цвета

b. не имеет запаха

c. имеет резкий раздражающий запах

d. дымящая жидкость

e. окрашена в жёлтый цвет

№4. Установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции:

a) NH 3 + O 2	1) NO 2
b) KNO 3 + H 2 SO 4	2) NO 2 + О 2 + H 2 O
c) HNO 3	3) NO + H 2 O
d) NO + O 2	4)KHSO 4 + HNO 3

№5. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, покажите переход электронов, укажите процессы окисления (восстановления; окислитель (восстановитель):

NO 2 + О 2 + H 2 O ↔ HNO 3

Азотная кислота

HNO 3

Физические свойства

N 2 + O 2 грозовые эл.разряды→ 2NO 2NO + O 2 → 2NO 2

Под действием света азотная кислота частично разлагается с выделением NО 2 и за cчет этого приобретает светло-бурый цвет:

4НNО 3 свет→ 4NО 2 (бурый газ) + 2Н 2 О + О 2

Получение

1. Лабораторный способ KNO 3 + H 2 SO 4 (конц) → KHSO 4 + HNO 3 (при нагревании) 2. Промышленный способ Осуществляется в три этапа: a) Окисление аммиака на платиновом катализаторе до NO 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O (Условия: катализатор – Pt, t = 500˚С) б) Окисление кислородом воздуха NO до NO 2 2NO + O 2 → 2NO 2 в) Поглощение NO 2 водой в присутствии избытка кислорода 4NO 2 + О 2 + 2H 2 O ↔ 4HNO 3

Химические свойства

1. Очень сильная кислота. Диссоциирует в водном растворе практически нацело:

HNO 3 = H+ + NO 3 -

Реагирует:

2. с основными оксидами

CuO + 2HNO 3 = Cu(NO 3 ) 2 + H 2 O

CuO + 2H + + 2NO 3 - = Cu 2+ + 2NO 3 - + H 2 O

или CuO + 2H + = Cu 2+ + H 2 O

3. с основаниями

HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H 2 O

H + + NO 3 - + Na + + OH - = Na + + NO 3 - + H 2 O

или H + + OH - = H 2 O

4. вытесняет слабые кислоты из их солей

2HNO 3 + Na 2 CO 3 = 2NaNO 3 + H 2 O + CO 2

2H + + 2NO 3 - + 2Na + + СO 3 2- = 2Na + + 2NO 3 - + H 2 O + CO 2

2H + + СO 3 2- = H 2 O + CO 2

Специфические свойства азотной кислоты

Сильный окислитель

1. Разлагается на свету и при нагревании

t°
4HNO 3 = 2H 2 O + 4NO 2 + O 2

Азотная кислота HNO 3 - бесцветная жидкость, имеет резкий запах, легко испаряется. 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 NaHCO 3)

Азотная кислота

Молекулярная формула: HNO 3 , B(N) = IV, С.О. (N) = +5

Атом азота образует 3 связи с атомами кислорода по обменному механизму и 1 связь - по донорно-акцепторному механизму.

Физические свойства

Безводная HNO 3 при обычной температуре - бесцветная летучая жидкость со специфическим запахом (т. кип. 82,6"С).

Концентрированная «дымящая» HNO 3 имеет красный или желтый цвет, так как разлагается с выделением NO 2 . Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях.

Способы получения

I. Промышленный - 3-стадийный синтез по схеме: NH 3 → NO → NO 2 → HNO 3

1 стадия: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O

2 стадия: 2NO + O 2 = 2NO 2

3 стадия: 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O = 4HNO 3

II. Лабораторный - длительное нагревание селитры с конц. H 2 SO 4:

2NaNO 3 (тв.) +H 2 SO 4 (конц.) = 2HNO 3 + Na 2 SO 4

Ba(NO 3) 2 (тв) +H 2 SO 4 (конц.) = 2HNO 3 + BaSO 4

Химические свойства

HNO 3 как сильная кислота проявляет все общие свойства кислот

HNO 3 → H + + NO 3 -

HNO 3 - очень реакционноспособное вещество. В химических реакциях проявляет себя как сильная кислота и как сильный окислитель.

HNO 3 взаимодействует:

а) с оксидами металлов 2HNO 3 + CuO = Cu(NO 3) 2 + H 2 O

б) с основаниями и амфотерными гидроксидами 2HNO 3 + Cu(OH) 2 = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O

в) с солями слабых кислот 2HNO 3 + СaСO 3 = Ca(NO 3) 2 + СO 2 + H 2 O

г) с аммиаком HNO 3 + NH 3 = NH 4 NO 3

Отличие HNO 3 от других кислот

1. При взаимодействии HNO 3 с металлами практически никогда не выделяется Н 2 , так как ионы H + кислоты не участвуют в окислении металлов.

2. Вместо ионов H + окисляющее действие оказывают анионы NO 3 - .

3. HNO 3 способна растворять не только металлы, расположенные в ряду активности левее водорода, но и малоактивные металлы - Си, Аg, Нg. В смеси с HCl растворяет также Au, Pt.

HNO 3 - очень сильный окислитель

I. Окисление металлов:

Взаимодействие HNO 3: а) с Me низкой и средней активности: 4HNO 3 (конц.) + Сu = 2NO 2 + Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O

8HNO 3 (разб.) + ЗСu = 2NO + 3Cu(NO 3) 2 + 4H 2 O

б) с активными Me: 10HNO 3 (разб.) + 4Zn = N 2 O + 4Zn(NO 3) 2 + 5H 2 O

в) с щелочными и щелочноземельными Me: 10HNO 3 (оч. разб.) + 4Са = NH 4 NO 3 + 4Ca(NO 3) 2 + 3H 2 O

Очень концентрированная HNO 3 при обычной температуре не растворяет некоторые металлы, в том числе Fe, Al, Cr.

II. Окисление неметаллов:

HNO 3 окисляет Р, S, С до их высших С.О., сама при этом восстанавливается до NO (HNO 3 разб.) или до NO 2 (HNO 3 конц).

5HNO 3 + Р = 5NO 2 + H 3 PO 4 + H 2 O

2HNO 3 + S = 2NO + H 2 SO 4

III. Окисление сложных веществ:

Особенно важными являются реакции окисления сульфидов некоторых Me, которые не растворяются в других кислотах. Примеры:

8HNO 3 + PbS = 8NO 2 + PbSO 4 + 4H 2 O

22HNO 3 + ЗСu 2 S = 10NO + 6Cu(NO 3) 2 + 3H 2 SO 4 + 8H 2 O

HNO 3 - нитрующий агент в реакциях органического синтеза

R-Н + НО-NO 2 → R-NO 2 + H 2 O

С 2 Н 6 + HNO 3 → C 2 H 5 NO 2 + H 2 O нитроэтан

С 6 Н 5 СН 3 + 3HNO 3 → С 6 Н 2 (NO 2) 3 СН 3 + ЗH 2 O тринитротолуол

С 6 Н 5 ОН + 3HNO 3 → С 6 Н 5 (NO 2) 3 OH + ЗH 2 O тринитрофенол

HNO 3 этерифицирует спирты

R-ОН + НO-NO 2 → R-O-NO 2 + H 2 O

С 3 Н 5 (ОН) 3 + 3HNO 3 → С 3 Н 5 (ONO 2) 3 + ЗH 2 O тринитрат глицерина

Разложение HNO 3

При хранении на свету, и особенно при нагревании, молекулы HNO 3 разлагаются за счет внутримолекулярного окисления-восстановления:

4HNO 3 = 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O

Выделяется красно-бурый ядовитый газ NO 2 , который усиливает агрессивно-окислительные свойства HNO 3

Соли азотной кислоты - нитраты Me(NO 3) n

Нитраты - бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворяются в воде. Имеют химические свойства, характерные для типичных солей.

Отличительные особенности:

1) окислительно-восстановительное разложение при нагревании;

2) сильные окислительные свойства расплавленных нитратов щелочных металлов.

Термическое разложение

1. Разложение нитратов щелочных и щелочноземельных металлов:

Me(NO 3) n → Me(NO 2) n + O 2

2. Разложение нитратов металлов, стоящих в ряду активности металлов от Mg до Cu:

Me(NO 3) n → Ме x О y + NO 2 + O 2

3. Разложение нитратов металлов, стоящих в ряду активности металлов превее Cu:

Me(NO 3) n → Ме + NO 2 + O 2

Примеры типичных реакций:

1) 2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2

2) 2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

3) 2AgNO 3 = 2Ag + 2NO 2 + O 2

Окислительное действие расплавов нитратов щелочных металлов

В водных растворах нитраты, в противоположность HNO 3 , почти не проявляют окислительной активности. Однако расплавы нитратов щелочных металлов и аммония (селитр) являются сильными окислителями, поскольку разлагаются с выделением активного кислорода.