Азотная формула. Окислительные свойства азотной кислоты

Азотная кислота

HNO 3

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.

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

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

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

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).

Структурная формула

Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: HNO 3

Химический состав Азотной кислоты

Молекулярная масса: 63,012

Азо́тная кислота́ (HNO 3 ) - сильная одноосновная кислота. Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации с моноклинной и ромбической решётками.

Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. В водных растворах она практически полностью диссоциирует на ионы. Образует с водой азеотропную смесь с концентрацией 68,4 % и t кип 120 °C при нормальном атмосферном давлении. Известны два твёрдых гидрата: моногидрат (HNO 3 ·H 2 O) и тригидрат (HNO 3 ·3H 2 O).

Азот в азотной кислоте четырёхвалентен, степень окисления +5. Азотная кислота - бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C (при нормальном атмосферном давлении) с частичным разложением. Азотная кислота смешивается с водой во всех соотношениях. Водные растворы HNO 3 с массовой долей 0,95-0,98 называют «дымящей азотной кислотой», с массовой долей 0,6-0,7 - концентрированной азотной кислотой. С водой образует азеотропную смесь (массовая доля 68,4 %, d20 = 1,41 г/см, T кип = 120,7 °C)

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

Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, при этом азот восстанавливается до степени окисления от +5 до −3. Глубина восстановления зависит в первую очередь от природы восстановителя и от концентрации азотной кислоты.

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.

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. 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.

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 NO 2 (газа бурого цвета). ПДК для азотной кислоты в воздухе рабочей зоны по NO 2 2 мг/м 3 .

Азотная кислота

Азо́тная кислота́ (HNO 3), — сильная одноосновная кислота. Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации смоноклинной и ромбической решётками.

Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. В водных растворах она практически полностью диссоциирует на ионы. Образует с водой азеотропную смесь с концентрацией 68,4 % и t кип 120 °C при атмосферном давлении. Известны два твёрдых гидрата: моногидрат (HNO 3 ·H 2 O) и тригидрат (HNO 3 ·3H 2 O).

Химические свойства

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).

HNO 3 как сильная одноосновная кислота взаимодействует:

а) с основными и амфотерными оксидами:

б) с основаниями:

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, 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, 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, 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 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

Продукты взаимодействия железа с HNO 3 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:

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

и сложные вещества, например:

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

Азотная кислота

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». Благодаря наличию амила достигается концентрация в 104 % [источник не указан 150 дней ] (то есть при добавлении к 100 частям меланжа 4 частей дистиллята концентрация остаётся на уровне 100 %, вследствие поглощения воды амилом [источник не указан 150 дней ]).

Азотная кислота широко используется для получения нитросоединений.

Нитраты

HNO 3 — сильная кислота. Её соли — нитраты — получают действием HNO 3 на металлы, оксиды, гидроксиды или карбонаты. Все нитраты хорошо растворимы в воде.

Соли азотной кислоты — нитраты — при нагревании необратимо разлагаются, продукты разложения определяются катионом:

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

2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2

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

4Al(NO 3) 3 = 2Al 2 O 3 + 12NO 2 + 3O 2

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

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

г) нитрат аммония:

NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O

Нитраты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств, но при высокой температуре в твердом состоянии нитраты — сильные окислители, например:

Fe + 3KNO 3 + 2KOH = K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + H 2 O — при сплавлении твердых веществ.

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

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.

Исторические сведения

Методика получения разбавленной азотной кислоты путём сухой перегонки селитры с квасцами и медным купоросом была, по видимому, впервые описана трактатах Джабира(Гебера в латинизированных переводах) в VIII веке. Этот метод с теми или иными модификациями, наиболее существенной из которых была замена медного купоросажелезным, применялся в европейской и арабской алхимии вплоть до XVII века.

В XVII веке Глаубер предложил метод получения летучих кислот реакцией их солей с концентрированной серной кислотой, в том числе и азотной кислоты из калийной селитры, что позволило ввести в химическую практику концентрированную азотную кислоту и изучить её свойства. Метод Глаубера применялся до начала XX века, причём единственной существенной модификацией его оказалась замена калийной селитры на более дешёвую натриевую (чилийскую) селитру.

Во времена М. В. Ломоносова, азотную кислоту называли крепкой водкой.

Промышленное производство, применение и действие на организм

Азотная кислота является одним из самых крупнотоннажных продуктов химической промышленности.

Производство азотной кислоты

Современный способ её производства основан на каталитическом окислении синтетического аммиака на платино-родиевых катализаторах (процесс Оствальда) до смесиоксидов азота (нитрозных газов), с дальнейшим поглощением их водой

4NH 3 + 5O 2 (Pt) → 4NO + 6H 2 O 2NO + O 2 → 2NO 2 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O → 4HNO 3 .

Концентрация полученной таким методом азотной кислоты колеблется в зависимости от технологического оформления процесса от 45 до 58 %. Впервые азотную кислоту получили алхимики, нагревая смесь селитры и железного купороса:

4KNO 3 + 2(FeSO 4 · 7H 2 O) (t°) → Fe 2 O 3 + 2K 2 SO 4 + 2HNO 3 + NO 2 + 13H 2 O

Чистую азотную кислоту получил впервые Иоганн Рудольф Глаубер, действуя на селитру концентрированной серной кислотой:

KNO 3 + H 2 SO 4 (конц.) (t°) → KHSO 4 + HNO 3

Дальнейшей дистилляцией может быть получена т. н. «дымящая азотная кислота», практически не содержащая воды.

Азотная кислота – сильная кислота. Представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом. В небольших количествах образуется при грозовых разрядах и присутствует в дождевой воде.

Под действием света она частично разлагается:

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

Азотную кислоту в промышленности получают в три стадии. На первой стадии происходит контактное окисление аммиака до оксида азота (П):

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O

На второй стадии происходит окисление оксида азота (П) до оксида азота (IV) кислородом воздуха:

2NO + O 2 = 2NO 2

На третьей стадии оксид азота (IV) поглощается водой в присутствии O 2:

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

В результате получается 60-62% -ная азотная кислота. В лаборатории её получают действием концентрированной азотной кислоты на нитраты при слабом нагревании:

NaNO 3 + H2SO 4 = NaHSO 4 + HNO 3

Молекула азотной кислоты имеет плоское строение. В ней имеется четыре связи с атомом азота:

Однако два атома кислорода равноценны, так как между ними четвёртая связь атома азота делится поровну, а перешедший от него электрон принадлежит им в равной степени. Таким образом, формулу азотной кислоты можно представить в виде:

Азотная кислота является одноосновной кислотой, образует только средние соли – нитраты. Азотная кислота проявляет все свойства кислот: реагирует с оксидами металлов, гидроксидами, солями:

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

2HNO 3 + Ba(OH) 2 = Ba(NO 3) 2 + 2H 2 O

2HNO 3 + CaCO 3 = Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O

Концентрированная азотная кислота реагирует со всеми металлами (кроме золота, платины, палладия) с образованием нитратов, оксида азота (+4). воды:

Zn + 4HNO 3 = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Формально концентрированная азотная кислота не реагирует с железом, алюминием, свинцом, оловом, но на их поверхности она образует оксидную плёнку, предохраняющую растворение общей массы металла:

2Al + 6HNO 3 = Al 2 O 3 + 6NO 2 + 3H 2 O

В зависимости от степени разбавленности, азотная кислота образует следующие продукты реакции:

3Mg + 8HNO 3 (30%) = 3Zn(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

4Mg + 10HNO 3 (20%) = 4Zn(NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

Сильно разбавленная азотная кислота с активными металлами образует соединения азота (-3), по сути: аммиак, но вследствие избытка азотной кислоты он образует нитрат аммония:

4Ca + 10HNO 3 = 4Ca(NO 3) 2 + NH4NO 3 + 3H 2 O

Активные металлы с сильно разбавленной кислотой на холоде могут образовывать азот:

5Zn + 12HNO 3 = 5Zn(NO 3) 2 + N 2 + 6H 2 O

Металлы: золото, платина, палладий реагируют с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной соляной кислоты:

Au + 3HCl + HNO 3 = AuCl3 + NO + 2H 2 O

Азотная кислота, как сильный окислитель, окисляет простые вещества – неметаллы:

6HNO 3 + S = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

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

5HNO 3 + P = H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O

Кремний окисляется азотной кислотой до оксида:

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

В присутствии фтористоводородной кислоты азотная кислота растворяет кремний:

4HNO 3 + 12HF + 3Si = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O

Азотная кислота способна окислять сильные кислоты:

HNO 3 + 3HCl = Cl 2 + NOCl + 2H 2 O

Азотная кислота способна окислять как слабые кислоты, так и сложные вещества:

6HNO 3 + HJ = HJO 3 + NO 2 + 3H 2 O

FeS + 10HNO 3 = Fe(NO 3) 2 + SO 2 + 7NO 2 + 5H 2 O

Соли азотной кислоты – нитраты хорошо растворимы в воде. Соли щелочных металлов и аммония называются селитрами . Нитраты обладают менее сильной окислительной активностью, однако в присутствии кислот могут растворять даже неактивные металлы:

3Cu + 2KNO 3 + 4H 2 SO 4 = 3CuSO 4 + K 2 SO 4 + 2NO + 4H 2 O

Нитраты в кислой среде окисляют соли металлов с меньшей валентностью до их солей с высшей валентностью:

3FeCl 2 + KNO 3 + 4HCl = 3FeCl 3 + KCl + NO + 2H 2 O

Характерной особенностью нитратов является образование кислорода при их разложении. При этом продукты реакции могут быть различны и зависеть от положения металла в ряду активности. Нитраты первой группы (от лития до алюминия) разлагаются с образованием нитритов и кислорода:

2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

Нитраты второй группы (от алюминия до меди) разлагаются с образованием оксида металла, кислорода и оксида азота (IV):

2Zn(NO 3)2 = 2ZnO + 4NO2 + O 2

Нитраты третьей группы (после меди) разлагаются на металл, кислород и оксид азота (IV):

Hg(NO 3) 2 = Hg + 2NO 2 + O 2

Нитрат аммония при разложении не образует кислород:

NH 4 NO 3 = N 2 O+ 2H 2 O

Сама же азотная кислота разлагается по механизму нитратов второй группы:

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

Если у Вас есть вопросы, приглашаю Вас на свои уроки химии. Записывайтесь в расписании на сайте .

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.