Азотная кислота — строение и химические свойства
Неорганическая химия, Теория Добавить комментарий
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.
Mr = 63, 01; d = 1, 503(25); tпл = -41, 6 oC; tкип +82,6 oC (разл.).
Химические свойства азотной кислоты
1. Типичные свойства кислот:
1) Взаимодействует с основными и амфотерными оксидами:
2HNO3 + CuO = Cu(NO3)2 + H2O
6HNO3 + Al2O3 = 2Al(NO3)3 + 3H2O
2) С основаниями, амфотерными гидроксидами:
HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O
2HNO3 + Zn(OH)2 = Zn(NO3)2 + 2H2O
3) Вытесняет слабые кислоты из их солей:
2HNO3 + Na2CO3 = 2NaNO3 + H2O + CO2
2HNO3 + Na2SiO3 = H2SiO3 ↓+ 2NaNO3
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+5O3(конц.) + Cu0 = Cu+2(NO3)2 + 2 N+4O2 + 2 H2O
N+5 + 1e → N+4 2 окислитель, пр-с восстановления
Cu0 – 2e → Cu+2 1 восстановитель, пр-с окисления
8 HN+5O3(разб.) + 3 Cu0 = 3 Cu+2(NO3)2 + 2 N+2O + 4 H2O
N+5 + 3e → N+2 2 окислитель, пр-с восстановления
Cu0 – 2e → Cu+2 3 восстановитель, пр-с окисления
2) Проявляет окислительные свойства при взаимодействии с неметаллами:
S + 6HNO3(конц) = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O;
B + 3HNO3 = H3BO3 + 3NO2;
3P + 5HNO3 + 2H2O = 5NO + 3H3PO4.
3) Азотная кислота окисляет сложные вещества:
6HI + 2HNO3 = 3I2 + 2NO + 4H2O;
FeS + 12HNO3 = Fe(NO3)3 + H2SO4 + 9NO2 + 5H2O.
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:
HNO3 + 4HCl + Au = H[AuCl4] + NO + 2H2O;
4HNO3 + 18HCl + Pt = 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O
Химические реакции с азотной кислотой
4HNO3 = 4NO2 + 2H2O + O2 (комн., на свету).
HNO3 + H2O = NO3– + H3O+.
HNO3 (разб.) + NaOH = NaNO3 + H2O ,
HNO3 (разб.) + NH3 · H2O = NH4NO3 + H2O.
2HNO3 (2-3%-я) + 8H0(Zn, разб. H2SO4) = NH4NO3 + 3H2O,
2HNO3 (5%-я) + 8H0(Mg, разб. H2SO4) = N2O ↑ + 5H2O,
HNO3 (30%-я) + 3H0(Zn, разб. H2SO4) = NO2↑ H2O,
HNO3 (60%-я) + 2H0(Zn, разб. H2SO4) = HNO2 + H2O. (кат Pd)
2HNO3 (конц.) +Ag = AgNO3 + NO2 ↑ + H2O.
8HNO3 (разб.) + 3Cu = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
10HNO3 (разб.) + 4Mg = 4Mg(NO3)2 +N2O↑ + 5H2O (примесь H2)
12HNO3 (разб.) + 5Sn —t—5Sn(NO3)2 + N2 ↑ + 6H2O (примесь NO)
30HNO3 (оч. разб.) + 8Al = 8Al(NO3)3 + 3 NH4NO3 + 9H2O (примесь H2)
12HNO3 (оч. разб.) + 5Fe = 5Fe(NO3)2 + N2 ↑ + 6H2O (0-10 oC),
4HNO3 (разб.) + Fe = Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O.
4HNO3 (конц., гор.) + Hg = Hg(NO3)2 + 2NO2 ↑ + 2H2O,
8HNO3(разб., хол) + 6Hg = 3Hg2(NO3)2 + 2NO ↑ + 4H2O.
6HNO3 (конц.) + S = H2SO4 + 6NO2 ↑ + 2H2O (кип.),
2HNO3 (конц.) + 6HCl(конц.) = 2NO↑ + 3Cl2↑ + 4H2O (100-150 oC).
HNO3 (конц.) + 4HCl(конц.) + Au = H[AuCl4] + NO↑ + 2H2O.
4HNO3 (конц.) + 18HCl(конц.) + 3Pt = 3H2[PtCl6] + 4NO↑ + 8H2O
4HNO3 (конц.) + 18HF(конц.) + 3Si = 3H2[SiF6] + 4NO↑ + 8H2O.
4HNO3 (дымящ.) + P4O10 = 2N2O5 + 4HPO3 (в атмосфере O2+O3)