При взаимодействии азотной кислоты с металлами не образуется
Обновлено: 02.07.2024
Азотная кислота (HNO3) — сильная одноосновная кислота. Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации с моноклинной и ромбической решётками.Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях.
Высококонцентрированная HNO3 имеет обычно бурую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения:
4 HNO 3 = 4 NO 2 + 2 H 2 O + O 2
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 при этом определяется её концентрацией.
HNO3 как сильная одноосновная кислота взаимодействует:
а) с основными и амфотерными оксидами:
CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O
ZnO + 2HNO3 =Zn(NO3)2 + H2O
б ) с основаниями :
KOH + HNO3 = KNO3 + H2O
в) вытесняет слабые кислоты из их солей:
CaCO3 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + H2O + CO2
При кипении или под действием света азотная кислота частично разлагается:
4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O
Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, при этом 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, HNO3 взаимодействует:
а) с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода:
Cu + 4HNO3 (60%) =Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3 ( 30%) =3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
б) с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода:
Zn + 4HNO3 (60%) = Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Zn + 8HNO3 (30%)= 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O
4Zn + 10HNO3 (20%)= 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O
5Zn + 12HNO3 (10%) = 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O
4Zn + 10HNO3 (3%) =4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Все приведенные выше уравнения отражают только доминирующий ход реакции. Это означает, что в данных условиях продуктов данной реакции больше, чем продуктов других реакций, например, 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 NO2, N2O, N2 и NH4NO3.
Продукты взаимодействия железа с HNO3 разной концентрации
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 в зависимости от концентрации кислоты образуются не только различные продукты восстановления азота, но и различные продукты окисления железа:
Fe + 4HNO3(25%) =Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
4Fe + 10HNO3(2%) = 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Азотная кислота окисляет неметаллы, при этом азот обычно восстанавливается до NO или NO2:
S + 6HNO3(60%) =H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
S + 2HNO3(40%)=H2SO4 + 2NO
P + 5HNO3 (60%) = H3PO4 + 5NO2 + H2O
3P + 5HNO3 (30%) + 2H2O=3H3PO4 + 5NO
и сложные вещества, например:
FeS + 4HNO3(30%) = Fe(NO3)3 + S + NO + 2H2O
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 большинство металлов, в том числе золото и платину. Её сильные
окислительные способности обусловлены образующимся атомарным хлором и хлоридом нитрозила:
3HCl + HNO3 = NOCl + 2[Cl] + 2 H2O
Au + HNO3 + 4HCl = H[AuCl_4]+ NO + 2H2O
3Pt + 4HNO3 + 18HCl = 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O
Азотная кислота является сильной кислотой. Её соли — нитраты — получают действием HNO3 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:
4Al(NO3)3 = 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2
в) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений правее ртути:
2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2
г ) нитрат аммония :
NH4NO3 =N2O + 2H2O
Нитраты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств, но при высокой температуре в твердом состоянии являются сильными окислителями, например, при сплавлении твердых веществ:
Fe + 3KNO3 + 2KOH = K2FeO4 + 3KNO2 + H2O
Цинк и алюминий в щелочном растворе восстанавливают нитраты до NH3:
3KNO3 + 8Al + 5KOH + 18H2O = 3NH3 + 8K[Al(OH)4]
Соли азотной кислоты — нитраты — широко используются как удобрения. При этом 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). Большинство нитратов получают искусственно.
С азотной кислотой не реагируют стекло, фторопласт-4.
Современный способ её производства основан на каталитическом окислении синтетического аммиака на платино-родиевых катализаторах (процесс Оствальда) до смеси оксидов азота (нитрозных газов), с дальнейшим поглощением их водой
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
4 NO 2 + O 2 + 2 H 2 O = 4 HNO 3
Все три реакции — экзотермические, первая — необратимая, остальные — обратимые. Концентрация полученной таким методом азотной кислоты колеблется в зависимости от технологического оформления процесса от 45 до 58 %. Для получения концентрированной азотной кислоты либо смещают равновесие в третьей реакции путём повышения давления до 50 атмосфер, либо в разбавленную азотную кислоту добавляют серную кислоту и нагревают, при этом азотная кислота, в отличие от воды и серной кислоты, испаряется.
Впервые азотную кислоту получили алхимики, нагревая смесь селитры и железного купороса:
4KNO3 + 2FeSO4= Fe2O3 + 2K2SO4 + 2HNO3+ 2NO2 + 6H2O
Чистую азотную кислоту получил впервые Иоганн Рудольф Глаубер, действуя на селитру концентрированной серной кислотой:
KNO3 + H2SO4 = KHSO4 + HNO3
Дальнейшей дистилляцией может быть получена т. н. «дымящая азотная кислота», практически не содержащая воды.
В производстве минеральных удобрений;
В военной промышленности (дымящая — в производстве взрывчатых веществ, как окислитель ракетного топлива, разбавленная — в синтезе различных веществ, в том числе отравляющих);
Крайне редко в фотографии — разбавленная — подкисление некоторых тонирующих растворов[5];
В станковой графике — для травления печатных форм (офортных досок, цинкографических типографских форм и магниевых клише).
В производстве красителей и лекарств (нитроглицерин)
В ювелирном деле — основной способ определения золота в золотом сплаве;
В основном органическом синтезе (нитроалканы, анилин, нитроцеллюлоза, тротил)
ДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ
Азотная кислота по степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности. Её пары очень вредны: пары вызывают раздражение дыхательных путей, а сама кислота оставляет на коже долгозаживающие язвы. При действии на кожу возникает характерное жёлтое окрашивание кожи, обусловленное ксантопротеиновой реакцией. При нагреве или под действием света кислота разлагается с образованием высокотоксичного диоксида азота NO2 (газа бурого цвета).
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.
Азотная кислота способна окислить все неметаллы, при этом, если кислота концентрированная, азот обычно восстанавливается до NO2, если разбавленная - до NO.
В любой концентрации азотная кислота проявляет свойства окислителя, при этом азот восстанавливается до степени окисления от +5 до -3. На какой именно степени окисления остановится азот, зависит от активности металла и концентрации азотной кислоты.
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.
Соли азотной кислоты - нитраты NO3 -
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.
Обратите внимание на следующую закономерность: концентрированная азотная кислота, как правило, окисляет железо и хром до +3. Разбавленная кислота - до +2.
- Реакции с металлами, основаниями и кислотами
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.
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.
Блиц-опрос по теме Азотная кислота
Холодная концентрированная азотная кислота не вступает в реакцию с алюминием, происходит пассивирование.
2. Реакция концентрированной азотной кислоты с малоактивными металлами сопровождается выделением газа
В реакциях концентрированной азотной кислоты и малоактивных металлов преимущественно выделяется NO2.
3. Если в результате реакции активного металла с азотной кислотой выделилось твердое вещество, то речь идет о
Твердый продукт, образовавшийся в ходе реакции с азотной кислотой, нитрат аммония - NH4NO3
Разложение нитрата аммония протекает по схеме: AgNO3 → Ag + NO2 + O2
Азотной кислотой окрашивает пораженную в результате ожога кожу в желтый цвет.
Ответьте на то что точно знаете. ЛУчший получит 10 баллов)
А1 Атомы азота и фосфора содержат
1) одинаковое число протонов в ядре;
2) одинаковое число электронов на внешнем слое;
3) одинаковое число электронных слоев;
4) одинаковое число нейтронов в ядре.
А2 Вещества, в которых азот имеет степени окисления -3, +2, +5, расположены в ряду
1) N2O3, NO2, N2O5; 2)NH3, NO, KNO3;3) HNO2, NO, HNO3;4) NCl3, NO, KNO2.
А3 Число общих электронных пар в молекуле аммиака
1)1; 2) 3;3) 2; 4) 4.
А4 Коэффициент перед формулой окислителя в уравнении реакции горения аммиака
1) 2; 2) 5;3) 3; 4) 4.
А5 Для осуществления превращений P P2O5 Na3PO4 Ag3PO4 нужно последовательно использовать
1) кислород, гидроксид натрия, хлорид серебра;
2) воду, оксид натрия, нитрат серебра;
3) кислород, оксид натрия, серебро.
4) кислород, гидроксид натрия, нитрат серебра.
А6 Все соли аммония вступают в реакции
1) разложения и горения;2) разложения и обмена с щелочами;
3) горения и обмена с щелочами;4) разложения и замещения металлами.
А7 При взаимодействии азотной кислоты с металлами не образуется
1) соль; 2) водород;3) вода4) оксид азота.
А8 Бурый газ, дающий при растворении в воде кислотную среду, это
1) NO;2) NO2;3) NH3; 4) N2O3.
А9 Азотная кислота может взаимодействовать с каждым веществом из группы
1) CaO, CO2, NaOH, Zn; 2) MgO, Fe(OH)3, Cu, Na2CO3;3) H2SO4, Na2CO3, NaOH, Fe;
4) NaNO3, CaCo3, Ca, CaO.
А10 Нитрат кальция нельзя получить взаимодействием пары веществ:
1) CaO и HNO3; 2) CaCl2 и NaNO3;3) CaCO3 и HNO3; 4) Ca(OH)2 и HNO3.
А11 Реакция N2 +3H2 2NH3 + Q является:
1) некаталитической, эндотермической реакцией соединения;
2) окислительно-восстановительной, обратимой, соединения;
3) каталитической, необратимой, эндотермической;
4) каталитической, обратимой, окислительно-восстановительной реакцией обмена.
А12 Дигидрофосфат кальция применяется как
1) строительный материал;2) ядохимикат;3) удобрение;
4) пищевая добавка к корму животных.
А13 сокращенный ионный вид N2O5 + 2OH- 2NO-3 + H2O. Соответствует уравнения реакции:
1) HNO3 + NaOH NaNO3 + H2O;2) N2O5 + NaOH 2NaNO3 + H2O;
3) N2O5 + Cu(OH)2 Cu(OH3)2 +2H2O;4) 2HNO3 + Cu(OH)2 Cu(NO3)2 + H2O.
А14 При разложении 18,8г оксида меди (II) выделится газов
1) 11,2л; 2) 2,8л;3) 5,6л; 4) 22,4л.
А15 При действии 12г 10% раствора фосфата натрия избытка нитрата серебра получен осадок, массой
1) 41,9г; 2) 101,5г;3) 20,95г; 4) 50,75г.
А16 Электронная конфигурация атома углерода
1) 1S22S22P63S23P2 2) 1S22S22P4
3) 1S22S2 4) 1S22S22P2
А17 Диссоциации угольной кислоты по второй ступени отвечает схема
1) H2CO3 = 2H+ + CO32- 2) HCO3- = H+ + CO32-
3) H2CO3 = H+ + 2CO32- 4) H2CO3 = H2O + CO2
А18 Оксид углерода (II) и оксид углерода (IV) являются соответственно
1) кислотным и амфотерным 2) кислотным и основным
3) амфотерным и кислотным 4) несолеобразующим и кислотным
А19 При умеренном нагревании KHCO3 разлагается на
1) воду, углекислый газ, оксид калия 2) карбонат калия и воду
3) карбонат калия, углекислый газ, воду 4) соль плавится без разложения
А20 Углерод НЕ может проявлять степень окисления
1) -4 2) +2 3) +6 4) 0
А21 Кристаллическая решетка алмаза
1) атомная 2) молекулярная 3) ионная 4) металлическая
А22 Формула гидрокарбоната натрия
1) Na2CO3 2) Na2C2 3) NaHCO3 4) Na2CO3 * 10 H2O
А23 В отличие от высших оксидов других элементов- неметаллов, оксид кремния
1) не является кислотным 2) не взаимодействует со щелочами
3) не взаимодействует с основными оксидами
При взаимодействии азотной кислоты с металлами не образуется
ОТНОШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ К КИСЛОТАМ
Чаще всего в химической практике используются такие сильные кислоты как серная H 2 SO 4 , соляная HCl и азотная HNO 3 . Далее рассмотрим отношение различных металлов к перечисленным кислотам.
Соляная кислота ( HCl )
Соляная кислота – это техническое название хлороводородной кислоты. Получают ее путем растворения в воде газообразного хлороводорода – HCl . Ввиду невысокой его растворимости в воде, концентрация соляной кислоты при обычных условиях не превышает 38%. Поэтому независимо от концентрации соляной кислоты процесс диссоциации ее молекул в водном растворе протекает активно:
Образующиеся в этом процессе ионы водорода H + выполняют роль окислителя, окисляя металлы, расположенные в ряду активности левее водорода. Взаимодействие протекает по схеме:
Me + HCl соль + H 2 ↑
При этом соль представляет собой хлорид металла ( NiCl 2 , CaCl 2 , AlCl 3 ), в котором число хлорид-ионов соответствует степени окисления металла.
Соляная кислота является слабым окислителем, поэтому металлы с переменной валентностью окисляются ей до низших положительных степеней окисления:
Fe 0 → Fe 2+
Co 0 → Co 2+
Ni 0 → Ni 2+
Cr 0 → Cr 2+
Mn 0 → Mn 2+ и др .
2 Al + 6 HCl → 2 AlCl 3 + 3 H 2 ↑
2│ Al 0 – 3 e - → Al 3+ - окисление
3│2 H + + 2 e - → H 2 – восстановление
Соляная кислота пассивирует свинец ( Pb ). Пассивация свинца обусловлена образованием на его поверхности трудно растворимого в воде хлорида свинца ( II ), который защищает металл от дальнейшего воздействия кислоты:
Pb + 2 HCl → PbCl 2 ↓ + H 2 ↑
Серная кислота ( H 2 SO 4 )
В промышленности получают серную кислоту очень высокой концентрации (до 98%). Следует учитывать различие окислительных свойств разбавленного раствора и концентрированной серной кислоты по отношению к металлам.
Разбавленная серная кислота
В разбавленном водном растворе серной кислоты большинство ее молекул диссоциируют:
Образующиеся ионы Н + выполняют функцию окислителя.
Как и соляная кислота, разбавленный раствор серной кислоты взаимодействует только с металлами активными и средней активности (расположенными в ряду активности до водорода).
Химическая реакция протекает по схеме:
1│2Al 0 – 6e - → 2Al 3+ - окисление
Металлы с переменной валентностью окисляются разбавленным раствором серной кислоты до низших положительных степеней окисления:
Mn 0 → Mn 2+ и др .
Свинец ( Pb ) не растворяется в серной кислоте (если ее концентрация ниже 80%) , так как образующаяся соль PbSO 4 нерастворима и создает на поверхности металла защитную пленку.
Концентрированная серная кислота
В концентрированном растворе серной кислоты (выше 68%) большинство молекул находятся в недиссоциированном состоянии, поэтому функцию окислителя выполняет сера, находящаяся в высшей степени окисления ( S +6 ). Концентрированная H 2 SO 4 окисляет все металлы, стандартный электродный потенциал которых меньше потенциала окислителя – сульфат-иона SO 4 2- (0,36 В). В связи с этим, с концентрированной серной кислотой реагируют и некоторые малоактивные металлы.
Процесс взаимодействия металлов с концентрированной серной кислотой в большинстве случаев протекает по схеме:
Me + H 2 SO 4 (конц.) соль + вода + продукт восстановления H 2 SO 4
Продуктами восстановления серной кислоты могут быть следующие соединения серы:
Практика показала, что при взаимодействии металла с концентрированной серной кислотой выделяется смесь продуктов восстановления, состоящая из H 2 S , S и SO 2. Однако, один из этих продуктов образуется в преобладающем количестве. Природа основного продукта определяется активностью металла: чем выше активность, тем глубже процесс восстановления серы в серной кислоте.
Взаимодействие металлов различной активности с концентрированной серной кислотой можно представить схемой:
Алюминий ( Al ) и железо ( Fe ) не реагируют с холодной концентрированной H 2 SO 4 , покрываясь плотными оксидными пленками, однако при нагревании реакция протекает.
Ag , Au , Ru , Os , Rh , Ir , Pt не реагируют с серной кислотой.
Концентрированная серная кислота является сильным окислителем, поэтому при взаимодействии с ней металлов, обладающих переменной валентностью, последние окисляются до более высоких степеней окисления, чем в случае с разбавленным раствором кислоты:
Fe 0 → Fe 3+ ,
Cr 0 → Cr 3+ ,
Mn 0 → Mn 4+ ,
Sn 0 → Sn 4+
Свинец ( Pb ) окисляется до двухвалентного состояния с образованием растворимого гидросульфата свинца Pb ( HSO 4 )2 .
Читайте также: