"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е. и др.
Азотная кислота HNO₃ — сильная одноосновная кислота и мощный окислитель. Она входит в состав нитратов, используется для получения удобрений и реагирует с металлами, основаниями, оксидами и некоторыми неметаллами. При взаимодействии с металлами водород обычно не выделяется: азот восстанавливается до разных веществ, а железо, алюминий и хром в холодной концентрированной кислоте пассивируются.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Азотная кислота HNO₃ — сильная одноосновная кислота. Её молекула содержит один атом водорода, один атом азота и три атома кислорода, поэтому она может отдавать один ион H⁺. Формула нужна для составления уравнений реакций и определения состава её солей.
Нитрат-ион NO₃⁻ — отрицательно заряженный ион, входящий в состав солей азотной кислоты. Заряд −1 показывает, что ион соединяется с одним ионом Na⁺ или с двумя ионами Ca²⁺. По формуле NO₃⁻ можно распознавать нитраты и правильно составлять их формулы.
Нитраты — соли азотной кислоты. Они состоят из положительно заряженных ионов металла или аммония NH₄⁺ и нитрат-ионов NO₃⁻; названия образуются так: нитрат натрия, нитрат кальция, нитрат аммония. Эти вещества важны как удобрения и продукты химических реакций.
Пассивирование — образование на поверхности металла защитного слоя, который препятствует дальнейшей реакции. Холодная концентрированная HNO₃ пассивирует железо, алюминий и хром. Поэтому внешнее отсутствие реакции не означает, что металл вообще не способен взаимодействовать с кислотой.
Кислотные свойства HNO₃ связаны с наличием подвижного атома водорода в составе молекулы. В воде полярные молекулы кислоты передают водороду воде, и образуются ионы H₃O⁺, которые обычно записывают как H⁺, и NO₃⁻: HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻. Связь в молекуле сильно поляризована, поэтому распад идёт практически полностью.
Азот в нитрат-ионе имеет высокую степень окисления +5 и способен принимать электроны. Поэтому HNO₃ — окислитель: при реакции металл отдаёт электроны, а азот восстанавливается. Какое вещество получится, зависит от концентрации кислоты, активности металла и температуры: возможны NO₂, NO, N₂O, N₂ или соединения аммония.
При взаимодействии с металлами азотная кислота обычно не выделяет водород, хотя является кислотой. Электроны металла принимает не H⁺, а азот из NO₃⁻, поэтому образуются нитрат металла, продукт восстановления азота и вода. Концентрированная кислота часто восстанавливается до NO₂, а разбавленная может давать NO; для каждого случая нужно подбирать отдельное уравнение.
С основаниями и основными оксидами HNO₃ реагирует как обычная кислота: образуются нитрат и вода, например HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O. С некоторыми неметаллами кислота тоже действует как окислитель: углерод, сера и фосфор окисляются до оксидов или кислот, а азот восстанавливается. Формулы продуктов определяют по типу реакции, степеням окисления и уравниванию атомов и зарядов.
В промышленности азотную кислоту получают из аммиака. Сначала аммиак окисляется кислородом до NO, затем NO превращается в NO₂, а поглощение NO₂ водой даёт HNO₃: 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO. На свету и при нагревании кислота разлагается с образованием NO₂, O₂ и H₂O, поэтому её хранят в тёмных прохладных условиях.
| Свойство или реагент | Условия | Продукты и наблюдения |
|---|---|---|
| Физические свойства | Обычные условия | Бесцветная жидкость с резким запахом; концентрированная кислота дымит на воздухе, свет и нагревание ускоряют разложение. |
| Разложение | Свет или нагревание | 4HNO₃ → 4NO₂ + O₂ + 2H₂O; появляется бурый газ NO₂, кислота может желтеть. |
| Металлы | Окислительная реакция | Обычно образуются нитрат металла, оксид азота или другой продукт восстановления азота и вода; водород, как правило, не выделяется. |
| Металлы: концентрированная и разбавленная кислота | Концентрация и активность металла | Cu с концентрированной HNO₃ даёт NO₂, с разбавленной — NO; холодная концентрированная кислота пассивирует Fe, Al и Cr. |
| Основания и основные оксиды | Нейтрализация | Образуются нитрат и вода: HNO₃ + KOH → KNO₃ + H₂O; 2HNO₃ + CuO → Cu(NO₃)₂ + H₂O. |
| Соли азотной кислоты | Реакции обмена или нагревание | Получаются нитраты; многие нитраты растворимы, а при нагревании некоторые разлагаются с выделением оксидов и кислорода. |
Сначала определите, с каким веществом реагирует кислота, затем установите тип реакции и возможный продукт восстановления азота. Для металлов обязательно учитывайте концентрацию HNO₃ и пассивирование. При составлении формул помните: суммарный заряд соединения должен быть равен нулю.
Запишите уравнение реакции азотной кислоты с гидроксидом натрия и назовите соль. Это реакция нейтрализации: кислота взаимодействует с основанием, поэтому образуются соль и вода.
Уравнение: HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O. Образовавшаяся соль называется нитратом натрия.
Запишите реакцию концентрированной азотной кислоты с медью. Медь не вытесняет водород из HNO₃: кислота окисляет Cu, а азот восстанавливается до бурого газа NO₂.
Ответ: Cu + 4HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O. Наблюдается выделение бурого газа диоксида азота.
Медь массой 6,4 г реагирует с избытком разбавленной HNO₃. Нужно найти объём NO при нормальных условиях. Используем уравнение 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.
Ответ: объём выделившегося NO составляет примерно 1,5 л. Избыток кислоты не меняет количество газа, потому что ограничивающим веществом является медь.
Ошибка: записывать выделение водорода при реакции HNO₃ с металлом по аналогии с соляной кислотой. Её допускают, забывая об окислительных свойствах нитрат-иона. Проверьте себя: определите, кто принимает электроны; в азотной кислоте это обычно азот.
Ошибка: считать, что продукт восстановления азота всегда один и тот же. Результат зависит от концентрации кислоты, активности металла и условий, поэтому Cu с концентрированной кислотой даёт NO₂, а с разбавленной — NO. Перед записью уравнения уточните условия реакции.
Ошибка: не учитывать пассивирование Fe, Al и Cr холодной концентрированной HNO₃. Ученик видит металл в ряду активности и автоматически записывает реакцию, но защитная плёнка тормозит её. Проверьте наличие слов «холодная» и «концентрированная».
Ошибка: путать HNO₃ и NO₃⁻. HNO₃ — молекула кислоты, а NO₃⁻ — ион, который входит в состав нитратов. Сверьте заряд: у молекулы он не указан и равен нулю, у нитрат-иона стоит знак −.
Для изучения азотной кислоты нужны знания о составе кислот и солей, зарядах ионов, степенях окисления и правилах составления уравнений. Тема напрямую связана с окислительно-восстановительными реакциями: металл отдаёт электроны, а азот принимает их.
Реакции с металлами помогают применять ряд активности и различать действие разбавленных и концентрированных кислот. Нитраты встречаются при изучении минеральных удобрений, круговорота азота и промышленного получения веществ.
Почему азотную кислоту называют сильной кислотой?
В воде HNO₃ практически полностью распадается на ионы H⁺ и NO₃⁻. Поэтому концентрация ионов водорода велика, и кислота проявляет выраженные кислотные свойства.
Почему при реакции металла с азотной кислотой обычно не выделяется водород?
Азотная кислота является окислителем: электроны металла принимает не ион H⁺, а азот в составе NO₃⁻. Поэтому образуются оксиды азота или другие продукты восстановления азота, а не H₂.
От чего зависит, какой газ образуется при реакции металла с азотной кислотой?
Продукт восстановления азота зависит от концентрации кислоты, активности металла, температуры и других условий. Например, концентрированная кислота часто даёт NO₂, а разбавленная при реакции с медью — NO.
Почему железо не реагирует с холодной концентрированной азотной кислотой?
На поверхности железа образуется плотная защитная плёнка. Это явление называется пассивированием: плёнка препятствует контакту металла с кислотой и тормозит реакцию.
Как по формуле определить, что вещество является нитратом?
В составе нитрата есть ион NO₃⁻. Например, NaNO₃ — нитрат натрия, а Ca(NO₃)₂ — нитрат кальция.
§ 30. Азотная кислота
