ХИМИЯ – это область чудес, в ней скрыто счастье человечества,
величайшие завоевания разума будут сделаны
именно в этой области.(М. ГОРЬКИЙ)
I. Строение молекулы
HNO3 - Азотная кислота
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.
II. Физические свойства
Азотная кислота HNO3 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/см3. В небольших количествах она образуется при грозовых разрядах и присутствует в дождевой воде.
Под действием света азотная кислота частично разлагается с выделением NО2 и за cчет этого приобретает светло-бурый цвет:
N2 + O2 грозовые эл.разряды→ 2NO
2NO + O2 → 2NO2
4НNО3 свет→ 4NО2↑(бурый газ) + 2Н2О + О2
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.
III. Получение
1. Лабораторный способ
KNO3 + H2SO4(конц) → KHSO4 + HNO3 (при нагревании)
2. Промышленный способ
a) Окисление аммиака на платиновом катализаторе до NO
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (условия: катализатор – Pt, t = 500˚С)
б) Окисление кислородом воздуха NO до NO2
2NO + O2 → 2NO2
в) Поглощение NO2 водой в присутствии избытка кислорода
4NO2 + О2 + 2H2O ↔ 4HNO3
или 3NO2 + H2O ↔ 2HNO3+NO (без избытка кислорода)
Тренажёр: "Получение азотной кислоты"
IV. Химические свойства
Для азотной кислоты характерны свойства: общие с другими кислотами и специфические.
1. Химические свойства общие с другими кислотами
1. Очень сильная кислота.
Опыт: “Действие индикаторов”
Диссоциирует в водном растворе практически нацело:
HNO3 → H+ + NO3-
Опыт: “Изменение цветов индикаторов в кислотах”
2. Реагирует с основными оксидами
K2O + 2HNO3 → 2KNO3 + H2O
K2O + 2H+ + 2NO3- → 2K+ + 2NO3- + H2O
K2O + 2H+ → 2K+ + H2O
3. Реагирует с основаниями
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
H+ + NO3- + Na+ + OH- → Na+ + NO3- + H2O
H+ + OH- → H2O
4. Реагирует с солями, вытесняет слабые кислоты из их солей
2HNO3 + Na2CO3 → 2NaNO3 + H2O + CO2
2H+ + 2NO3- + 2Na+ + СO32- → 2Na+ + 2NO3- + H2O + CO2
2H+ + СO32- → H2O + CO2
2. Специфические свойства азотной кислоты
Азотная кислота - сильный окислитель
N+5 → N+4→ N+2→ N+1→ No → N-3
N+5 + 8e-→N-3 окислитель, восстанавливается.
1. Разлагается на свету и при нагревании
4HNO3 t˚C→ 2H2O + 4NO2 + O2
Образуется бурый газ
2. При взаимодействии с металлами никогда не выделяется водород
HNO3 + Me = соль + H2O + Х
Щелочные и щелочноземельные |
Fe, Cr, Al, Ni, Co |
Металлы до водорода |
Металлы после водорода (Cu и др) |
Благородные Au, Pt, Os, Ir,Ta |
|
HNO3(конц.ω>60%) |
N2O |
пассивация (при обычных условиях); NO2 (при нагревании) |
NO2 |
NO2 |
Нет реакции |
HNO3(разбавл.) |
NH3, NH4NO3 |
Основной NO, но в зависимости от разбавления могут образовываться N2, N2O, NH3,NH4NO3. Чем больше разбавлена кислота, тем ниже степень окисления азота. |
NO |
Таблица. Продукты реакции взаимодействия азотной кислоты с металлами
Опыт: “Взаимодействие меди с азотной кислотой”
Упрощенная схема «Продукты реакции взаимодействия азотной кислоты с металлами»
Царская водка: V(HNO3) : V(HCl) = 1 : 3 растворяет благородные металлы.
HNO3 + 4HCl + Au = H[AuCl4] + NO + 2H2O
4HNO3 + 18HCl + 3Pt = 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O
Тренажёр: "Взаимодействие азотной кислоты с металлами"
3. Реагирует с неметаллами
Азотная кислота превращается в NO (или в NO2); неметаллы окисляются до соответствующих кислот:
Видео: "Взаимодействие азотной кислоты с углем"
S0 + 6HNO3(конц) → H2S+6O4 + 6NO2 + 2H2O
B0 + 3HNO3 → H3B+3O3 + 3NO2
3P0 + 5HNO3 + 2H2O → 5NO + 3H3P+5O4
HNO3 (конц.) + неметалл = окисление неметалла до кислоты в высшей степени окисления + NO2 + вода
HNO3 (разбав.) + неметалл + вода = окисление неметалла до кислоты в высшей степени окисления + NO
V. Тест
№1. Степень окисления атома азота в молекуле азотной кислоты
a. +4
b. +3
c. +5
d. +2
№2. Атом азота в молекуле азотной кислоты имеет валентность равную -
a. II
b. V
c. IV
d. III
№3. Какими физическими свойствами характеризуют чистую азотную кислоту?
a. без цвета
b. не имеет запаха
c. имеет резкий раздражающий запах
d. дымящая жидкость
e. окрашена в жёлтый цвет
№4. Установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции:
a) NH3 + O2 |
1) NO2 |
b) KNO3 + H2SO4 |
2) NO2 + О2 + H2O |
c) HNO3 |
3) NO + H2O |
d) NO + O2 |
4) KHSO4 + HNO3 |
№5. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, покажите переход электронов, укажите процессы окисления (восстановления; окислитель (восстановитель):
NO2 + О2 + H2O ↔ HNO3
VI. Закрепление
Задание №1.
Осуществите превращения по схеме, назовите вещества, для УХР со * составить ОВ баланс, а для** разбор РИО:
NH4Cl**→ NH3* → N2 → NO → NO2 → HNO3 → NO2
Задание №2.
Осуществить превращения по схеме (внимательно посмотрите, куда направлены стрелки):
Соль аммония←Аммиак←Нитрид Лития ←Азот → Оксид азота (II)←Азотная кислота
Для ОВР составить е-баланс, для РИО полные, ионные уравнения.
Задание №3.
Напишите уравнения реакций взаимодействия азотной кислоты со следующими веществами в молекулярном и ионном виде:
a) Al2O3
б) Ba(OH)2
в) Na2S
Задание №4.
Запишите уравнения, составьте электронный баланс, укажите процессы окисления и восстановления, окислитель и восстановитель:
а) Сa + HNO3 (конц.)
б) Сa + HNO3 (paзбавл.)
Задание №5.
Осуществите переход по ссылке, изучите информацию на странице и посмотрите видео , нажмите "посмотреть опыт".
Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения реакций, с помощью которых можно различить азотную, серную и соляную кислоту.
ЦОРы
Анимация: “Химические формулы”
Анимация: ”Промышленный способ получения азотной кислоты”
Опыт: ”Изменение цвета индикаторов в растворе азотной кислоты”
Опыт: ”Взаимодействие азотной кислоты с железом”
Опыт: ”Взаимодействие азотной кислоты с медью”
Видео: "Взаимодействие азотной кислоты с углем"
Видео - Эксперимент: "Действие азотной кислоты на бумагу и солому"
Видео - Эксперимент: "Взаимодействие меди с азотной кислотой"
Видео - Эксперимент: "Свойства азотной кислоты"
Видео - Эксперимент: "Взаимодействие азотной кислоты с металлами"
Видео - Эксперимент: "Взаимодействие безводной азотной кислоты с белым фосфором"
Видео - Эксперимент: "Взаимодействие безводной азотной кислоты с углем"
Видео - Эксперимент: "Взаимодействие безводной азотной кислоты со скипидаром"
Видео - Эксперимент: "Окислительные свойства азотной кислоты"