Силно разредена азотна киселина. Азотна и азотна киселини и техните соли

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Чисто Азотна киселина- безцветна течност, при -42 o C се втвърдява в прозрачна кристална маса (структурата на молекулата е показана на фиг. 1).

Във въздуха той, подобно на концентрираната солна киселина, "пуши", тъй като неговите пари образуват малки капчици мъгла с въздушна влага.

Азотната киселина не е силна. Вече под въздействието на светлината, той постепенно се разлага:

4HNO 3 \u003d 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O.

Колкото по-висока е температурата и по-концентрирана киселина, толкова по-бързо е разграждането. Отделеният азотен диоксид се разтваря в киселината и й придава кафяв цвят.

Ориз. 1. Структурата на молекулата азотна киселина.

Маса 1. Физически свойстваазотна киселина.

Получаване на азотна киселина

Азотната киселина се образува в резултат на действието на окислители върху азотиста киселина:

5HNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5HNO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O.

Безводната азотна киселина може да се получи чрез дестилация при понижено налягане на концентриран разтвор на азотна киселина в присъствието на P 4 O 10 или H 2 SO 4 във всички стъклени съоръжения без смазване на тъмно.

Промишленият процес за производство на азотна киселина се основава на каталитично окисляване на амоняк върху нагрята платина:

NH 3 + 2O 2 \u003d HNO 3 + H 2 O.

Химични свойства на азотната киселина

Азотната киселина е една от най-силните киселини; в разредени разтвори той напълно се дисоциира на йони. Солите му се наричат ​​нитрати.

HNO 3 ↔H + + NO 3 -.

характерно свойствоазотната киселина е нейната изразена окислителна способност. Азотната киселина е един от най-енергичните окислители. Много неметали лесно се окисляват от него, превръщайки се в съответните киселини. Така че, когато сярата се вари с азотна киселина, тя постепенно се окислява до сярна киселина, фосфор - във фосфор. Тлееща жарава, потопена в концентриран HNO3, пламва ярко.

Азотната киселина действа върху почти всички метали (с изключение на злато, платина, тантал, родий, иридий), превръщайки ги в нитрати, а някои метали в оксиди.

Концентрираната азотна киселина пасивира някои метали.

Когато разредената азотна киселина реагира с неактивни метали, като мед, се освобождава азотен диоксид. При по-активните метали - желязо, цинк - се образува двуазотен оксид. Силно разредената азотна киселина реагира с активни метали - цинк, магнезий, алуминий - за образуване на амониев йон, който дава амониев нитрат с киселина. Обикновено се образуват няколко продукта едновременно.

Cu + HNO 3 (конц.) = Cu(NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O;

Cu + HNO 3 (разреден) = Cu(NO 3) 2 + NO + H 2 O;

Mg + HNO 3 (разреден) = Mg (NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O;

Zn + HNO 3 (силно разреден) = Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O.

Под действието на азотната киселина върху металите водородът по правило не се отделя.

S + 6HNO 3 \u003d H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O;

3P + 5HNO 3 + 2H 2 O \u003d 3H 3 PO 4 + 5NO.

Смес, състояща се от 1 обем азот и 3-4 обема концентриран на солна киселина, се нарича царска вода. Кралската водка разтваря някои метали, които не взаимодействат с азотната киселина, включително "краля на металите" - златото. Действието му се обяснява с факта, че азотната киселина окислява солната киселина с освобождаване на свободен хлор и образуването на азотен (III) хлорид или нитрозил хлорид, NOCl:

HNO3 + 3HCl \u003d Cl2 + 2H2O + NOCl.

Използването на азотна киселина

Азотната киселина е едно от най-важните съединения на азота: в големи количестваизползва се при производството на азотни торове, експлозивии органични багрила, служи като окислител в много химически процеси, използвани в производството на сярна киселина по азотен метод, използвани за производство на целулозни лакове, филми.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Обхватът на употреба на азотна киселина е много широк. Такова вещество се произвежда в специализирани химически заводи.

Производството е много обширно и днес можете да закупите такова решение в много големи количества. Азотната киселина се продава на едро само от сертифицирани производители.

физически характеристики

Азотната киселина е течност със специфична остра миризма. Плътността му е 1,52 g / cm3, а точката на кипене е 84 градуса. Процесът на кристализация на веществото протича при -41 градуса по Целзий, което след това се превръща в бяло вещество.

Азотната киселина е идеално разтворима във вода и на практика може да се получи разтвор с всякаква концентрация. Най-често срещаното е съотношението 70% на веществото. Тази концентрация е най-често срещаната и се използва навсякъде.

Силно наситената киселина е способна да отделя токсични съединения (азотни оксиди) във въздуха. Те са много вредни и трябва да се спазват всички предпазни мерки при работа с тях.

Концентриран разтвор на това вещество е силен окислител и може да реагира с много органични съединения. Така че, при продължително излагане на кожата, причинява изгаряния, които се образуват по време на разрушаването на протеиновите тъкани.

Азотната киселина лесно се разлага при излагане на топлина и светлина на азотен оксид, вода и кислород. Както вече споменахме, продуктите от такова разпадане са много токсични.

Той е много корозивен и реагира химически с повечето метали, с изключение на златото, платината и други подобни вещества. Тази функцияизползвани за отделяне на злато от други материали като сребро.

Когато е изложен на метали, той образува:

• нитрати;
• хидратирани оксиди (образуването на един от двата вида вещества зависи от конкретния метал).

Азотната киселина е много силен окислител и следователно даден имотизползвано в индустриални процеси. В повечето случаи се използва като воден разтворразлична концентрация.

Азотната киселина играе важна роляв производството на азотни торове, а също така се използва за разтваряне на различни руди и концентрати. Също така е включен в процеса на получаване на сярна киселина.

Тя е важен компонент"царска водка", вещество, което може да разтваря златото.

Синтез на азотна киселина, вижте видеото:

Азотна киселина – важна, но опасна химичен реагент

Химически реактиви, лабораторно оборудване и инструменти, както и стъклена лабораторна стъкларияили от други материали са компоненти на всяка модерна индустриална или изследователска лаборатория. В този списък, както и преди много векове, специално мястозаети от вещества и съединения, тъй като те представляват основната химическа основа, без която е невъзможно да се извърши всеки, дори най-простият експеримент или анализ.

Съвременната химия има огромен брой химични реактиви: алкали, киселини, реактиви, соли и други. Сред тях киселините са най-често срещаната група. Киселините са сложни водородсъдържащи съединения, чиито атоми могат да бъдат заменени с метални атоми. Обхватът на тяхното приложение е обширен. Той обхваща много отрасли на производството: химическа, машиностроителна, нефтопреработваща, хранителна, както и медицина, фармакология, козметология; широко използвани в ежедневието.

Азотна киселина и нейното определение

се отнася до едноосновни киселини и е силен реагент. Това е прозрачна течност, която може да има жълтеникав оттенък, когато се съхранява дълго време в топла стая, тъй като азотните оксиди се натрупват в нея при положителна (стайна) температура. При нагряване или взаимодействие с директен слънчеви лъчипридобива кафяв цвят поради процеса на отделяне на азотен диоксид. Пуши при контакт с въздуха. Тази киселина е силен окислител с остър лоша миризма, който реагира с повечето метали (с изключение на платина, родий, злато, тантал, иридий и някои други), превръщайки ги в оксиди или нитрати. Тази киселина е силно разтворима във вода и във всяко съотношение, ограничено в етер.

Формата на освобождаване на азотната киселина зависи от нейната концентрация:

- редовни - 65%, 68%;
- дим - 86% и повече. Цветът на "дима" може да бъде бял, ако концентрацията е от 86% до 95%, или червен - над 95%.

Касова бележка

Понастоящем производството на силно или слабо концентрирана азотна киселина преминава през следните етапи:
1. процес на каталитично окисляване на синтетичен амоняк;
2. в резултат - получаване на смес от азотни газове;
3. водопоглъщане;
4. процесът на концентриране на азотна киселина.

Съхранение и транспортиране

Този реагент е най-агресивната киселина, Ето защо се поставят следните изисквания за транспортирането и съхранението му:
- съхраняване и транспортиране в специални херметически затворени резервоари от хромирана стомана или алуминий, както и в бутилки от лабораторно стъкло.

Всеки контейнер е маркиран с надпис "Опасно".

Къде се използва химикалът?

Обхватът на азотната киселина в момента е огромен. Той обхваща много индустрии като:
- химически (производство на експлозиви, органични багрила, пластмаси, натрий, калий, пластмаси, някои видове киселини, изкуствени влакна);
- селскостопански (производство на азотни минерални торове или селитра);
- металургични (разтваряне и декапиране на метали);
- фармакологични (включени в препарати за отстраняване на кожни образувания);
- производство на бижута (определяне чистотата на благородни метали и сплави);
- военни (включени в експлозиви като нитриращ агент);
- ракета и космос (един от компонентите ракетно гориво);
- лекарство (за обгаряне на брадавици и други кожни образувания).

Предпазни мерки

При работа с азотна киселина трябва да се има предвид, че този химичен реагент е силна киселина, която принадлежи към вещества от 3-ти клас на опасност. За лаборантите, както и лицата, допуснати до работа с такива вещества, има специални правила. За да се избегне директен контакт с реагента, цялата работа трябва да се извършва стриктно в специално облекло, което включва: киселинноустойчиви ръкавици и обувки, гащеризони, нитрилни ръкавици, както и очила и респиратори, като средства за защита на дихателните и зрителните органи. Неспазването на тези изисквания може да доведе до най-тежките последици: при контакт с кожата - изгаряния, язви, а при вдишване - отравяне, до белодробен оток.

Независимо от концентрацията, окислителят в азотната киселина е NO нитрати, съдържащи азот в степен на окисление +5. Следователно, когато металите взаимодействат с азотната киселина, водородът не се отделя. Азотната киселина окислява всички, освен най-неактивните (благородни) метали. В този случай се образуват продукти на редукция на сол, вода и азот (+5): NH−3 4 NO 3, N 2, N 2 O, NO, HNO 2, NO 2. Свободният амоняк не се отделя, тъй като взаимодейства с азотна киселина, образувайки амониев нитрат:

NH 3 + HNO 3 \u003d NH 4 NO 3

Когато металите взаимодействат с концентрирана азотна киселина (30–60% HNO 3), продуктът на редукция на HNO 3 е предимно азотен оксид (IV), независимо от естеството на метала, например:

Mg + 4HNO 3 (конц.) \u003d Mg (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

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

Hg + 4HNO 3 (конц.) \u003d Hg (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Метали променлива валентностпри взаимодействие с концентрирана азотна киселина те се окисляват до най-високата степенокисляване. В този случай тези метали, които се окисляват до степен на окисление от +4 и по-горе, образуват киселини или оксиди. Например:

Sn + 4HNO 3 (конц.) = H 2 SnO 3 + 4NO 2 + H 2 O

2Sb + 10HNO 3 (конц.) = Sb 2 O 5 + 10NO 2 + 5H 2 O

Mo + 6HNO 3 (конц.) = H 2 MoO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

Алуминий, хром, желязо, никел, кобалт, титан и някои други метали се пасивират в концентрирана азотна киселина. След обработка с азотна киселина тези метали не взаимодействат с други киселини.

При взаимодействието на метали с разредена азотна киселина продуктът на нейната редукция зависи от редуциращи свойстваметал: колкото по-активен е металът, толкова Повече ▼азотната киселина се намалява.

активни металивъзстановете разредената азотна киселина до максимум, т.е. образуват се сол, вода и NH 4 NO 3, например:

8K + 10HNO 3 (разб.) \u003d 8KNO 3 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

Металите със средна активност, когато взаимодействат с разредена азотна киселина, образуват сол, вода и азот или N 2 O. Колкото повече остава металът в този интервал (колкото по-близо до алуминия), толкова по-вероятно е образуването на азот, например:

5Mn + 12HNO 3 (разл.) \u003d 5Mn (NO 3) 2 + N 2 + 6H 2 O

4Cd + 10HNO 3 (разл.) \u003d 4Cd (NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

Неактивните метали, когато взаимодействат с разредена азотна киселина, образуват сол, вода и азотен оксид (II), например:

3Cu + 8HNO 3 (разб.) \u003d 3Cu (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Но реакционните уравнения в тези примери са условни, тъй като в действителност се получава смес от азотни съединения и колкото по-висока е активността на метала и по-ниската концентрация на киселина, толкова по-ниска е степента на окисление на азота в продукта, който се образува повече от други.

6. Взаимодействие на метали с "кралска водка"

"Aqua regia" е смес от концентрирани азотна и солна киселина. Използва се за окисляване и разтваряне на злато, платина и други благородни метали.

Солната киселина в царска вода се изразходва за образуването на комплексно съединение на окисления метал. Сравнението на полуреакции 29 и 30 с полуреакции 31–32 (Таблица 1) показва, че образуването на комплексни съединения на златото и платината намалява редокс потенциала, което прави възможно тяхното окисление с азотна киселина. Уравненията за реакциите на златото и платината с "царска вода" са написани, както следва:

Au + HNO 3 + 4HCl \u003d H + NO + 2H 2 O

3Pt + 4HNO3 + 18HCl = 3H2 + 4NO + 8H2O

Три метала не взаимодействат с "кралската водка": волфрам, ниобий и тантал. Те се окисляват със смес от концентрирана азотна киселина и флуороводородна киселина, тъй като флуороводородна киселина образува по-силни комплексни съединения от солната киселина. Уравненията на реакцията са както следва:

W + 2HNO3 + 8HF = H2 + 2NO + 4H2O

3Nb + 5HNO 3 + 21HF = 3H 2 + 5NO + 10H 2 O

3Ta + 5HNO 3 + 24HF = 3H 3 + 5NO + 10H 2 O

В някои учебни помагалаима и друго обяснение за взаимодействието на благородните метали с "царската водка". Смята се, че в тази смес между HNO 3 и HCl протича реакция, катализирана от благородни метали, при която азотната киселина окислява солната киселина съгласно уравнението:

HNO3 + 3HCl \u003d NOCl + 2H2O

Нитрозил хлоридът NOCl е крехък и се разлага съгласно уравнението:

NOCl = NO + Cl (атомен)

По този начин металният окислител е атомен (т.е. много активен) хлор по време на освобождаването. Следователно продуктите от взаимодействието на царската вода с металите са сол (хлорид), вода и азотен оксид (II):

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

3Pt + 4HNO 3 + 12HCl = 3PtCl 4 + 4NO + 8H 2 O,

и комплексни съединения се образуват в следните реакции:

НС1 + AuCl3 = Н; 2HCl + PtCl 4 \u003d H 2

Азотна киселина(HNO 3) - една от силните едноосновни киселини с остра задушлива миризма, чувствителна към светлина и при ярка светлина се разлага на един от азотните оксиди (наричан още браун газ - NO 2) и вода. Затова е желателно да се съхранява в тъмни съдове. В концентрирано състояние не разтваря алуминий и желязо, поради което може да се съхранява в подходящи метални съдове.

Азотната киселина е силен електролиткато много киселини) и много силен окислител. Често се използва при реакции с органични вещества.

Безводна азотна киселина- безцветна летлива течност (bp = 83 ° C; поради летливостта безводната азотна киселина се нарича "димяща") с остра миризма.

Азотната киселина, подобно на озона, може да се образува в атмосферата по време на светкавици. Азот, който съставлява 78% от състава атмосферен въздух, реагира с атмосферен кислород, образувайки азотен оксид NO. При по-нататъшно окисляване във въздуха този оксид се превръща в азотен диоксид (кафяв газ NO2), който реагира с атмосферната влага (облаци и мъгла), образувайки азотна киселина. Но такова малко количество е напълно безвредно за екологията на земята и живите организми.

Един обем азотна киселина и три обема солна киселина образуват съединение, наречено "царска водка". Той е в състояние да разтваря метали (платина и злато), които са неразтворими в обикновени киселини. Когато в тази смес се добавят хартия, слама, памук, ще настъпи силно окисление, дори запалване.

При варене се разлага на съставните си компоненти (химическа реакция на разлагане):

HNO 3 \u003d 2NO 2 + O 2 + 2H 2 O - отделят се кафяв газ (NO 2), кислород и вода.

Азотна киселина
(при нагряване се отделя кафяв газ)

Свойства на азотната киселина

Свойства на азотната киселинамогат да бъдат различни дори при реакции с едно и също вещество. Те са пряко свързани с концентрацията азотна киселина. Обмислете варианти за химични реакции.

- концентрирана азотна киселина:

С метали желязо (Fe), хром (Cr), алуминий (Al), злато (Au), платина (Pt), иридий (Ir), натрий (Na) - не взаимодейства поради образуването на защитен филм върху тях повърхност, която не позволява по-нататъшно окисляване на метала.

С всички останали металипо време на химическа реакция се отделя кафяв газ (NO 2). Например при химическа реакция с мед (Cu):
4HNO 3 конц. + Cu \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + H 2 O
С неметали, като фосфор:
5HNO 3 конц. + P \u003d H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O

- разлагане на соли на азотна киселина

В зависимост от разтворения метал, разлагането на солта при температура се извършва, както следва:
Всеки метал (маркиран като Me) до магнезий (Mg):
MeNO 3 \u003d MeNO 2 + O 2
Всеки метал от магнезий (Mg) до мед (Cu):
MeNO 3 \u003d MeO + NO 2 + O 2
Всеки метал след мед (Cu):
MeNO 3 \u003d Me + NO 2 + O 2

- разредена азотна киселина:

При взаимодействие с алкалоземни метали, както и с цинк (Zn), желязо (Fe), той се окислява до амоняк (NH 3) или до амониев нитрат (NH 4 NO 3). Например при реакция с магнезий (Mg):
10HNO3 разреден + 4Zn = 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
Но азотен оксид (N 2 O) също може да се образува, например, когато реагира с магнезий (Mg):
10HNO3 разреден + 4Mg \u003d 4Mg (NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O
Реагира с други метали, за да образува азотен оксид (NO), например разтваря сребро (Ag):
2HNO3 разреден + Ag \u003d AgNO 3 + NO + H 2 O
Реагира по подобен начин с неметали, като сяра:
2HNO3 разреден + S \u003d H 2 SO 4 + 2NO - окисление на сярата до образуване на сярна киселина и отделяне на газ азотен оксид.

Химическа реакцияс метални оксиди, например калциев оксид:

2HNO 3 + CaO = Ca(NO 3) 2 + H 2 O - образуват се сол (калциев нитрат) и вода

Химическа реакция с хидроксиди (или основи), като гасена вар

2HNO 3 + Ca(OH) 2 = Ca(NO 3) 2 + H 2 O - образуват се сол (калциев нитрат) и вода - реакция на неутрализация

Химическа реакция със соли, като креда:

2HNO 3 + CaCO 3 \u003d Ca (NO 3) 2 + H 2 O + CO 2 - образуват се сол (калциев нитрат) и друга киселина (в този случайобразува се въглена киселина, която се разлага на вода и въглероден диоксид).