Азотная и азотистая кислоты, нитраты
Азотная кислота с металлами водород не даёт — и правила, по которым определяют продукт.
4. Азотная и Азотистая кислоты
Химические свойства азотной кислоты (HNO₃)
Концентрированная и разбавленная HNO₃ – мощные окислители за счёт азота (+5)! С металлами она НИКОГДА не выделяет водород. Продукты восстановления зависят от силы металла и концентрации кислоты.
| Свойства | Уравнения реакций |
|---|---|
| С неметаллами Окисляет P, S, C, I₂ |
Окисляет до максимальных кислот (или кислотных оксидов), сама восстанавливается до бурого NO₂:
C + 4HNO₃(к) → CO₂↑ + 4NO₂↑ + 2H₂OP + 5HNO₃(к) → H₃PO₄ + 5NO₂↑ + H₂O S + 6HNO₃(к) → H₂SO₄ + 6NO₂↑ + 2H₂O |
| С неактивными металлами После водорода (Cu, Ag) |
С концентрированной кислотой образуется бурый газ NO₂:
Cu + 4HNO₃(к) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂OС разбавленной кислотой азот восстанавливается глубже до NO (бесцветный газ):
3Cu + 8HNO₃(р) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O
|
| С активными металлами Zn, Mg, Ca |
Очень разбавленная кислота может восстановиться глубоко, вплоть до солей аммония!
4Zn + 10HNO₃(оч.р) → 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂OПассивация: Железо (Fe), Алюминий (Al), Хром (Cr) не реагируют с конц. HNO₃ без нагревания.
|
| "Царская водка" HNO₃ : HCl (1:3) |
Может растворять золото и платину:
Au + HNO₃ + 3HCl → AuCl₃ + NO + 2H₂O
|
Химические свойства азотистой кислоты (HNO₂)
Слабая и неустойчивая кислота, существующая в водных растворах.
| Свойства | Уравнения реакций |
|---|---|
| Разложение (Диспропорционирование) |
Легко разлагается при слабом нагревании:
3HNO₂ → HNO₃ + 2NO↑ + H₂O
|
| Как окислитель Сил. восстановители |
Реагирует с сильными восстановителями:
2HNO₂ + 2HI → 2NO + I₂ + 2H₂O
|
| Как восстановитель Сил. окислители |
Окисляется до азотной кислоты:
HNO₂ + H₂O₂ → HNO₃ + H₂O
|
Вопрос 1: Азотная кислота как окислитель (Уравнения)
ПроверкаНапишите уравнения реакций, иллюстрирующих сильные окислительные свойства $HNO_3$:
- $Cu + HNO_3(конц.) \rightarrow \dots + \dots\uparrow + \dots$
- $Cu + HNO_3(разб.) \rightarrow \dots + \dots\uparrow + \dots$
- $Zn + HNO_3(оч. разб.) \rightarrow \dots + \dots + \dots$
- $C + HNO_3(конц.) \xrightarrow{t^\circ} \dots\uparrow + \dots\uparrow + \dots$
Ответ:
- $Cu + 4HNO_3(конц.) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$ ("лисий хвост")
- $3Cu + 8HNO_3(разб.) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$
- $4Zn + 10HNO_3(оч. разб.) \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$
- $C + 4HNO_3(конц.) \xrightarrow{t^\circ} CO_2\uparrow + 4NO_2\uparrow + 2H_2O$
Пояснение: При реакциях металлов с $HNO_3$ водород никогда не выделяется! Восстанавливается сам азот до различных продуктов ($NO_2, NO, N_2O, N_2, NH_4NO_3$).
5. Соли: Нитраты и Нитриты
Все твердые нитраты при нагревании разлагаются с выделением кислорода. Характер разложения четко зависит от положения металла в электрохимическом ряду напряжений!
Термическое разложение нитратов
| Группа металлов | Продукты разложения и примеры |
|---|---|
| Активные (от Li до Na, K, Ca...) Щелочные и ЩЗМ |
Дают Нитрит + O₂ (исключение — Li, он ведёт себя как металлы средней активности):
2KNO₃ t°→ 2KNO₂ + O₂↑
|
| Средние (от Mg до Cu, плюс Li) |
Дают Оксид металла + NO₂ + O₂:
2Cu(NO₃)₂ t°→ 2CuO + 4NO₂↑ + O₂↑Исключение Fe(II): При разложении доокисляется кислородом до железа(III):
4Fe(NO₃)₂ t°→ 2Fe₂O₃ + 8NO₂↑ + O₂↑
|
| Малоактивные (Ag, Hg...) Правее меди |
Дают Металл + NO₂ + O₂ (оксиды этих металлов термически неустойчивы):
2AgNO₃ t°→ 2Ag + 2NO₂↑ + O₂↑
|
Химические свойства нитритов (соли HNO₂)
Нитриты (KNO₂, NaNO₂) ядовиты, но более устойчивы, чем сама азотистая кислота. Как и сульфиты, они проявляют окислительно-восстановительную двойственность.
| Свойства | Уравнения реакций |
|---|---|
| Как восстановитель |
Окисляются до нитратов (с марганцовкой в кислой среде или сильными окислителями):
5KNO₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ → 5KNO₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O2KNO₂ + O₂ → 2KNO₃ |
| Как окислитель |
Восстанавливаются до NO или до аммиака (активными металлами в щелочной среде):
2KNO₂ + 2KI + 2H₂SO₄ → 2NO↑ + I₂ + 2K₂SO₄ + 2H₂ONaNO₂ + 2Al + NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + NH₃↑ |
Вопрос 1: Термическое разложение нитратов (Уравнения)
ПроверкаДопишите уравнения термического разложения нитратов (помните правило: щелочные металлы до нитритов, средние до оксидов, благородные до металлов):
- $NaNO_3 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow$
- $Pb(NO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow + \dots\uparrow$
- $AgNO_3 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow + \dots\uparrow$
- $NH_4NO_3 \xrightarrow{t^\circ} \dots\uparrow + \dots$ (исключение!)
Ответ:
- $2NaNO_3 \xrightarrow{t^\circ} 2NaNO_2 + O_2\uparrow$
- $2Pb(NO_3)_2 \xrightarrow{t^\circ} 2PbO + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow$
- $2AgNO_3 \xrightarrow{t^\circ} 2Ag + 2NO_2\uparrow + O_2\uparrow$
- $NH_4NO_3 \xrightarrow{t^\circ} N_2O\uparrow + 2H_2O$ (разлагается на "веселящий газ" и воду)
6. Видео эксперименты
Рекомендуем посмотреть опыты с азотом на канале Thoisoi:
- Азот - Невидимый Холодильник (Жидкий азот) (введите "thoisoi жидкий азот" на Youtube для точной ссылки)