Глава 5. Підгрупа азоту і її типові представники

Охарактеризуйте азотну кислоту як електроліт. Напишіть рівняння реакцій азотної кислоти, які доводять її приналежність до класу кислот.

Склад і будова. Молекула азотної кислоти HNO3 складається з атомів трьох елементів, з'єднаних між собою ковалентними зв'язками. Це молекулярне речовина, що містить гранично окислений атом азоту в вищого ступеня окислення +5. Однак валентність азоту в HNO3 дорівнює чотирьом.

Проблема. Як пояснити, що валентність азоту і його ступінь окислення в молекулі HNO3 не збігаються?

Це пояснюється тим, що у атома азоту є три неспарених р-електрона на зовнішньому шарі, за рахунок яких він може утворити з атомами кисню три загальні електронні пари. Але є ще одна зв'язок, утворена за донорно-акцепторного механізму завдяки неподіленої електронної пари азоту. Тому число ковалентних зв'язків дорівнює чотирьом. Отже, валентність азоту в кислоті також дорівнює чотирьом.

Ступінь же окислення азоту дорівнює +5, оскільки всі п'ять електронів зовнішнього електронного шару атома азоту відтягнуті від нього до більш електронегативний атомів кисню.

Фізичні властивості. Чиста азотна кислота - безбарвна рідина, що димиться на повітрі, з їдким запахом. Концентрована азотна кислота зазвичай забарвлена ​​в жовтий колір. Цей колір їй додає оксид азоту (IV), який утворюється внаслідок часткового розкладання азотної кислоти. Щільність HNO3 дорівнює 1,52 г / см3, температура кипіння 86 ° С, а при температурі -41,6 ° С вона твердне у вигляді прозорої кристалічної маси. Азотна кислота дуже гігроскопічна. Вона розчиняється в воді в будь-яких співвідношеннях і в водному розчині є сильним електролітом.

У лабораторії зазвичай використовується концентрована 65% -ва азотна кислота щільністю 1,4 г / см3. На відміну від 100% -ної кислоти вона не «димить» на повітрі і здатна зберігатися досить довго.

Звертатися з концентрованою азотною кислотою треба дуже обережно, уникаючи попадання її парів в дихальні шляхи, а її крапель на шкіру і одяг. Працюють з концентрованою азотною кислотою і переливають її обов'язково під тягою.

Хімічні властивості. Розбавлена азотна кислота проявляє властивості, загальні для всіх кислот. Вона змінює забарвлення індикаторів, реагує з основними оксидами і підставами, як і інші кислоти.

Завдання. З властивостями кислот як електролітів ви вже добре знайомі. Напишіть рівняння відповідних реакцій для розведеної азотної кислоти.

1. Азотна кислота - сильний електроліт. У водному розчині вона дисоціює (в 1М розчині приблизно на 82%):

Реакції з індикаторами, основними оксидами і підставами обумовлені властивостями азотної кислоти як електроліту, а саме її іоном Н +. Найважливішою з них є реакція нейтралізації:

Азотна кислота проявляє і специфічні властивості. Вона - сильний окислювач, що обумовлено перш за все наявністю атома азоту в ступені окислення +5.

2. Термічне розкладання азотної кислоти. Азотна кислота - дуже нетривке з'єднання. При кімнатній температурі вона розкладається на оксид азоту (IV), воду і кисень:

Тому азотну кислоту слід зберігати в темних бутлях в прохолодному темному місці.

При роботі з азотною кислотою, особливо концентрованою, треба суворо дотримуватися правил техніки безпеки. Вони наведені на с. 91. Прочитайте їх знову.

Демонстраційний досвід. Розкладання азотної кислоти. (Проводиться під тягою!) Нагріємо невелику кількість концентрованої азотної кислоти в хімічному стакані і внесемо в нього тліючу лучинку. Лучинка яскраво спалахує, що доводить наявність кисню, що виділяється при розкладанні кислоти (див. Рис. 37).

3. Взаємодія з металами є найбільш специфічним проявом окислювальних властивостей азотної кислоти. Вона реагує не тільки з активними металами, що стоять в ряду активності лівіше водню, але і з малоактивними, що стоять праворуч від водню, причому це відноситься як до концентрованої, так і до розведеної азотної кислоти (порівняйте з сірчаною кислотою). В ході цієї реакції водень кислоти не заміщається атомами металу, а утворюються газоподібні сполуки азоту.

Демонстраційний досвід. Взаємодія азотної кислоти з металами. (Проводиться під тягою!)

1. Візьмемо дві пробірки і в одну з них опустимо шматочок цинку, в іншу - міді. В кожну пробірку наллємо розчин азотної кислоти (1: 5). Трохи подогреем пробірки. В обох випадках спостерігаємо реакцію. У пробірці з міддю спостерігається виділення безбарвного газу NO, який окислюється в бурий NO2. Піднесемо до пробірці з цинком запалену лучинку - характерного бавовни водню не буде почуте. Отже, водень не виділяється.

Суть спостережуваних реакцій виражається наступними рівняннями:

2. Візьмемо пробірку з міддю, додамо трохи концентрованої азотної кислоти і злегка подогреем. Починає активно виділятися бурий газ NO2:

(Рівняння не потрібно запам'ятовувати. Необхідно поки лише зрозуміти сутність процесу.)

На основі проведених дослідів можна зробити наступні висновки.

1. Розчин азотної кислоти реагує не тільки з металами, що стоять в електрохімічному ряду активності металів до водню, але і з металами, що стоять після водню (порівняйте з розчинами соляної і сірчаної кислот).

2. В реакції з розведеною азотною кислотою окислювачем металів є не іон водню Н + (як у випадку з розчинами соляної і сірчаної кислот), а іон , Окисні властивості якого сильніше, ніж у катіона Н +.

3. Концентрована азотна кислота також реагує з металами, що стоять в ряду активності правіше водню. Окислювачем металів в даному випадку є молекули HNO3 за рахунок гранично окисленого атома азоту (порівняйте з концентрованої сірчаної кислотою).

4. В окисно-відновних реакціях з металами азотна кислота виступає як сильний окислювач за рахунок атомів N + 5. Тому продуктами реакції є різні сполуки азоту з більш низьким ступенем окислення азоту, ніж N + 5.

Азотна кислота не реагує з золотом і платиною. Однак суміш концентрованої азотної і концентрованої соляної кислот в співвідношенні 1: 3, звана «царської горілкою», діє на ці метали, розчиняючи їх. Це властивість даної суміші добре було відомо алхіміків.

Для більш конкретного визначення продукту реакції кожного з металів з HNO3 слід звернутися до таблиці 19.

Взаємодія металів з HNO3 - складний процес, що включає не тільки окислювально-відновну реакцію, а й реакцію солеутворення. Тому для складання рівнянь реакцій HNO3 з металами і правильної розстановки в них коефіцієнтів доцільно звернутися до алгоритму і до схеми електронного балансу (див. Нижче).

Концентрованою азотною кислотою легко окислюються багато неметали, складні органічні речовини.

4. Окислення неметалів (S, Р, С та ін.) Азотною кислотою. Сірка, наприклад, окислюється азотною кислотою до сірчаної кислоти при кип'ятінні, вугілля - до вуглекислого газу, фосфор - до ортофосфорної кислоти.

5. Окислення азотною кислотою органічних речовин. Азотна кислота, особливо концентрована, окисляє органічні речовини. Якщо занурити в концентровану нагріту азотну кислоту тліючу лучинку, вона яскраво спалахує (наявність вільного кисню) (див. Рис. 37). Скипидар, по краплях додається в концентровану азотну кислоту при звичайних умовах, запалюється (рис. 38). Тварини і рослинні тканини швидко руйнуються при дії на них азотної кислоти. Навіть невелика кількість розведеної азотної кислоти залишає на шкірі жовті плями (внаслідок взаємодії з білками). При попаданні на шкіру концентрованої кислоти утворюються хворобливі виразки. Вдихання парів викликає опік дихальних шляхів і отруєння (див. С. 122).

При попаданні азотної кислоти на шкіру слід швидко змити її великою кількістю води, нейтралізувати слабким розчином питної соди, яку потім треба змити водою.

Отримання азотної кислоти. У лабораторії азотну кислоту отримують взаємодією калійної або натрієвої селітри з концентрованої сірчаної кислотою при нагріванні (рис. 39):

У промисловості азотну кислоту отримують каталітичним окисленням аміаку, синтезованого з азотоводородной суміші, одержуваної комбінованої конверсією (перетворенням) природного газу, на одній зі стадій якої використовується повітря, а отже, в кінцевому рахунку з повітря. Перевозять концентровану азотну кислоту в алюмінієвих цистернах.

Закінчення параграфа >>>