Kwas azotowy: właściwości i reakcje,
podstawowa produkcja
Stopień 9
Przychodząc na lekcję chemii, chłopaki chcą uczyć się nowych rzeczy i wykorzystywać swoją wiedzę, szczególnie lubią zdobywać informacje i eksperymentować na własną rękę. Lekcja jest tak skonstruowana, aby podczas studiowania nowego materiału uczniowie mogli korzystać z wcześniej zdobytej wiedzy: budowa atomu azotu, rodzaje wiązań chemicznych, dysocjacja elektrolityczna, reakcje redoks, środki ostrożności podczas eksperymentu.
Cele. Powtórz klasyfikację i właściwości tlenków azotu, a także właściwości ogólne kwas azotowy w świetle teorii dysocjacji elektrolitycznej (TED). Zapoznanie studentów z właściwościami utleniającymi kwasu azotowego na przykładzie oddziaływania rozcieńczonych i stężonych kwasów z metalami. Dać wyobrażenie o metodach otrzymywania kwasu azotowego i obszarach jego zastosowania.
Sprzęt. Na każdym stole przed uczniami znajduje się plan lekcji, schemat interakcji kwasu azotowego z metalami, zestaw odczynników, testy do utrwalenia badanego materiału.
P lan n u r o k a
Tlenki azotu.
Skład i budowa cząsteczki kwasu azotowego.
Właściwości fizyczne kwasu azotowego.
Właściwości chemiczne kwasu azotowego.
Otrzymywanie kwasu azotowego.
Zastosowanie kwasu azotowego.
Konsolidacja materiału (test według opcji).
PODCZAS ZAJĘĆ
Tlenki azotu
Nauczyciel.Zapamiętaj i zapisz wzory tlenków azotu. Które tlenki nazywamy tworzącymi sole, a które nie tworzącymi soli? Dlaczego?
Uczniowie samodzielnie zapisują wzory pięciu tlenków azotu, nazywają je, zapamiętują kwasy tlenowe zawierające azot i ustalają zgodność między tlenkami i kwasami. Jeden z uczniów pisze na tablicy (stół).
Tabela
Porównanie tlenków azotu, kwasów i soli
Doświadczenie demonstracyjne:
oddziaływanie tlenku azotu (IV) z wodą
Nauczyciel. do naczynia z NIE 2 dodaj trochę wody i potrząśnij zawartością, a następnie przetestuj powstały roztwór za pomocą lakmusu.
Co obserwujemy? Roztwór zmienia kolor na czerwony z powodu tworzenia się dwóch kwasów.
2NO2 + H2O \u003d HNO2 + HNO3.
Stopień utlenienia azotu w NIE 2 równa się +4, tj. jest pośredni między +3 a +5, które są bardziej stabilne w roztworze, dlatego dwa kwasy odpowiadają jednocześnie tlenkowi azotu (IV) - azotawemu i azotowemu.
Skład i struktura cząsteczki
Nauczyciel.Zapisz na tablicy wzór cząsteczkowy kwasu azotowego, oblicz jego masę cząsteczkową i zapisz stopnie utlenienia pierwiastków. Twórz wzory strukturalne i elektroniczne.
Uczniowie tworzą następujące formuły (ryc. 1).
Ryż. 1. Błędne wzory strukturalne i elektroniczne kwasu azotowego
Nauczyciel.Zgodnie z tymi wzorami dziesięć elektronów krąży wokół azotu, ale tak nie może być, ponieważ. azot znajduje się w drugim okresie i co najwyżej może mieć tylko osiem elektronów na warstwie zewnętrznej. Ta sprzeczność zostanie wyeliminowana, jeśli założymy, że między atomem azotu a jednym z atomów tlenu powstaje wiązanie kowalencyjne zgodnie z mechanizmem donor-akceptor(Rys. 2).
Ryż. 2. Formuła elektronowa kwasu azotowego.
Elektrony atomu azotu są oznaczone czarnymi kropkami
Wtedy wzór strukturalny kwasu azotowego można przedstawić w następujący sposób(Rys. 3) :
Ryż. 3. Wzór strukturalny kwasu azotowego
(wiązanie donor-akceptor pokazane strzałką)
Jednak eksperymentalnie udowodniono, że wiązanie podwójne jest równomiernie rozłożone między dwoma atomami tlenu. Stopień utlenienia azotu w kwasie azotowym wynosi +5, a wartościowość (uwaga) to cztery, ponieważ są tylko cztery wspólne pary elektronów.
Właściwości fizyczne kwasu azotowego
Nauczyciel.Przed tobą fiolki z rozcieńczonym i stężonym kwasem azotowym. Opisz obserwowane właściwości fizyczne.
Uczniowie opisują kwas azotowy jako ciecz cięższą od wody, żółtawą barwę i ostry zapach. Roztwór kwasu azotowego jest bezbarwny i bezwonny.
Nauczyciel. Dodam, że temperatura wrzenia kwasu azotowego to +83°C, temperatura zamarzania to -41°C, czyli w normalnych warunkach jest cieczą. Ostry zapach i żółknięcie podczas przechowywania wynika z faktu, że stężony kwas jest niestabilny i częściowo rozkłada się pod wpływem światła lub ogrzewania.
Właściwości chemiczne kwasu
Nauczyciel. Z jakimi substancjami wchodzą w interakcje kwasy?(Imiona uczniów.)
Oto odczynniki, wykonaj wymienione reakcje* i zapisz swoje obserwacje (reakcje muszą być zapisane w świetle TED).
Przejdźmy teraz do specyficznych właściwości kwasu azotowego.
Zauważyliśmy, że kwas żółknie podczas przechowywania, teraz to udowodnimy. Reakcja chemiczna:
4HNO3 \u003d 2H2O + 4NO2 + O2.
(Uczniowie samodzielnie zapisują bilans elektroniczny reakcji.)
Emisja „brunatnego gazu”(NO2) plami kwasem.
Kwas ten zachowuje się szczególnie w stosunku do metali. Wiesz, że metale wypierają wodór z roztworów kwasów, ale nie dzieje się tak podczas interakcji z kwasem azotowym.
Spójrz na diagram na swoim biurku (rys. 4), który pokazuje, jakie gazy wydzielają się, gdy kwasy o różnych stężeniach reagują z metalami. (Praca ze schematem.)
Ryż. 4. Schemat oddziaływania kwasu azotowego z metalami
Doświadczenie demonstracyjne:
reakcja stężonego kwasu azotowego z miedzią
Bardzo efektowna demonstracja reakcji kwasu azotowego (stęż.) z proszkiem miedzi lub drobno posiekanymi kawałkami kabel miedziany:
Studenci samodzielnie zapisują bilans elektroniczny reakcji:
Produkcja kwasu
Nauczyciel. Lekcja będzie niepełna, jeśli nie rozważymy kwestii pozyskiwania kwasu azotowego.
Sposób laboratoryjny: działanie stężonego kwasu siarkowego na azotany (ryc. 5).
NaNO3 + H2SO4 \u003d NaHSO4 + HNO3.
W przemyśle kwas jest wytwarzany głównie metodą amoniakalną.
Ryż. 5. Dotychczasowe otrzymywanie kwasu azotowego w laboratorium
wygodnie jest używać starego szkła chemicznego - retorty
Metoda otrzymywania kwasu z azotu i tlenu w temperaturach powyżej 2000 ° C (łuk elektryczny) nie została szeroko rozpowszechniona.
W Rosji historia pozyskiwania kwasu azotowego związana jest z nazwiskiem inżyniera chemika Iwana Iwanowicza Andriejewa (1880–1919).
W 1915 r. stworzył pierwszą instalację do produkcji kwasu z amoniaku i w 1917 r. wdrożył opracowaną metodę na skalę fabryczną. Pierwszy zakład powstał w Doniecku.
Ta metoda obejmuje kilka kroków.
1) Przygotowanie mieszaniny amoniak-powietrze.
2) Utlenianie amoniaku tlenem atmosferycznym na platynowej siatce:
4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H 2O.
3) Dalsze utlenianie tlenku azotu (II) do tlenku azotu (IV):
2NO + O 2 \u003d 2NO 2.
4) Rozpuszczenie tlenku azotu (IV) w wodzie i otrzymanie kwasu:
3NO 2 + H2O \u003d 2HNO 3 + NR.
Jeśli rozpuszczanie odbywa się w obecności tlenu, to cały tlenek azotu (IV) przechodzi do kwasu azotowego.
5) Ostatni etap produkcja kwasu azotowego - oczyszczanie gazów ulatniających się do atmosfery z tlenków azotu. Skład tych gazów: do 98% azotu, 2–5% tlenu i 0,02–0,15% tlenków azotu. (Azot pierwotnie był w powietrzu pobieranym w celu utleniania amoniaku.) Jeśli tlenki azotu w tych spalinach przekraczają 0,02%, to są one specjalnie katalitycznie redukowane do azotu, ponieważ nawet tak małe ilości tych tlenków prowadzą do dużych problemów środowiskowych.
Po tym wszystkim, co zostało powiedziane, pojawia się pytanie: po co nam kwas?
Aplikacja kwasu
Nauczyciel.Kwas azotowy służy do produkcji: nawozy azotowe, a przede wszystkim azotan amonowy(jak się go otrzymuje?); materiały wybuchowe (dlaczego?); barwniki; azotany, które zostaną omówione w następnej lekcji.
Mocowanie materiału
Ankieta klasy czołowej
- Dlaczego stopień utlenienia azotu w kwasie azotowym wynosi +5, a wartościowość wynosi cztery?
- Z jakimi metalami Kwas azotowy nie reaguje?
- Musisz rozpoznać kwas solny i azotowy, na stole są trzy metale - miedź, aluminium i żelazo. Jak to zrobisz i dlaczego?
Test
opcja 1
1. Jaki ciąg liczb odpowiada rozkładowi elektronów na poziomach energii w atomie azotu?
1) 2, 8, 1; 2) 2, 8, 2; 3) 2, 4; 4) 2, 5.
2. Uzupełnij równania praktycznie wykonalnych reakcji:
1) HNO 3 (różnic.) + Cu … ;
2) Zn + HNO 3 (stęż.) ...;
3) HNO 3 + MgCO 3 ...;
4) CuO + KNO 3 ... .
3. Wskaż, które równanie ilustruje jeden z etapów przemysłowej produkcji kwasu azotowego.
1) 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O;
2) 5HNO3 + 3P + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO;
3) N2 + O2 \u003d 2NO.
4. moc ujemna utlenianie objawia się obecnością azotu w związku:
1) N2O; 2) NIE; 3) NR 2; 4) Na 3 N.
5. Interakcja wiórów miedzianych ze stężonym kwasem azotowym prowadzi do powstania:
1) NR 2; 2) NIE; 3) N2; 4) NH3.
Opcja 2
1. Oznaczający najwyższa wartościowość azot to:
1) 1; 2) 2; 3) 5; 4) 4.
2. Zapisz możliwe interakcje stężonego kwasu azotowego z następującymi metalami: sód, glin, cynk, żelazo, chrom.
3. Wybierz substancje będące surowcami do produkcji kwasu azotowego:
1) azot i wodór;
2) amoniak, powietrze i woda;
3) azotany.
4. Stężony kwas azotowy nie reaguje z:
1) dwutlenek węgla;
2) kwas solny;
3) węgiel;
4) wodorotlenek baru.
5. Kiedy bardzo rozcieńczony kwas reaguje z magnezem, tworzy:
1) NR 2; 2) NIE; 3) N2O; 4) NH4NO3.
Odpowiedzi do testów Opcja 1. 1 – 4;
3 – 1; 4 – 4; 5 – 1. V a r i a n t 2. 1 – 4;
3 – 2; 4 – 1; 5 – 4. |
* Na przykład możesz zaprosić chłopaków do wykonania następujących eksperymentów laboratoryjnych.
1) W probówce z roztworem kwasu azotowego dodać papierek lakmusowy i stopniowo dodawać roztwór wodorotlenku sodu. Zapisz swoje obserwacje.
2) Umieść trochę kredy w probówce, dodaj rozcieńczony kwas azotowy.
3) Do probówki wlej trochę tlenku miedzi(II), dodaj rozcieńczony kwas azotowy. Jakiego koloru jest rozwiązanie? Zaciśnij probówkę w uchwycie i podgrzej. Jak zmienia się kolor roztworu? Co oznacza zmiana koloru? - Notatka. wyd.
: monohydrat (HNO 3·H2O) i trihydrat (HNO 3·3H 2O).
Właściwości fizyczne i fizykochemiczne
Diagram fazowy wodnego roztworu kwasu azotowego.
Azot w kwasie azotowym jest czterowartościowy, stopień utlenienia +5. Kwas azotowy to bezbarwna ciecz dymiąca w powietrzu, temperatura topnienia -41,59 °C, temperatura wrzenia +82,6 °C z częściowym rozkładem. Rozpuszczalność kwasu azotowego w wodzie nie jest ograniczona. Wodne roztwory HNO 3 o ułamku masowym 0,95-0,98 nazywane są „dymiącym kwasem azotowym”, o ułamku masowym 0,6-0,7 - stężonego kwasu azotowego. Tworzy z wodą mieszaninę azeotropową (ułamek masowy 68,4%, D 20 = 1,41 g/cm3, Tbp = 120,7 °C)
Po krystalizacji z roztworów wodnych kwas azotowy tworzy krystaliczne hydraty:
- monohydrat HNO 3 H 2 O, T pl \u003d -37,62 ° C
- trihydrat HNO 3 · 3H 2 O, T pl \u003d -18,47 ° C
Stały kwas azotowy tworzy dwie krystaliczne modyfikacje:
- jednoskośna, grupa przestrzenna P 2 1/a, A= 1,623 nm, B= 0,857 nm, C= 0,631, β = 90°, Z = 16;
Monohydrat tworzy kryształy rombowe, grupa przestrzenna P na2, A= 0,631 nm, B= 0,869 nm, C= 0,544, Z = 4;
Gęstość wodnych roztworów kwasu azotowego w funkcji jego stężenia opisuje równanie
gdzie d jest gęstością w g/cm³, c jest ułamkiem masowym kwasu. Ta formuła słabo opisuje zachowanie gęstości przy stężeniu większym niż 97%.
Właściwości chemiczne
Wysoko skoncentrowany HNO 3 zwykle ma brązową barwę ze względu na proces rozkładu zachodzący w świetle:
Po podgrzaniu kwas azotowy rozkłada się zgodnie z tą samą reakcją. Kwas azotowy można destylować (bez rozkładu) tylko pod zmniejszonym ciśnieniem (wskazana temperatura wrzenia przy ciśnienie atmosferyczne znalezione przez ekstrapolację).
c) wypiera słabe kwasy z ich soli:
Wrzący lub wystawiony na działanie światła kwas azotowy częściowo rozkłada się:
Kwas azotowy w każdym stężeniu wykazuje właściwości kwasu utleniającego, natomiast azot jest redukowany do stopnia utlenienia od +4 do -3. Głębokość redukcji zależy przede wszystkim od rodzaju środka redukującego oraz od stężenia kwasu azotowego. Jako kwas utleniający HNO 3 oddziałuje:
azotany
Kwas azotowy jest mocnym kwasem. Jego sole - azotany - otrzymuje się przez działanie HNO 3 na metale, tlenki, wodorotlenki lub węglany. Wszystkie azotany są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Jon azotanowy nie hydrolizuje w wodzie.
Sole kwasu azotowego rozkładają się nieodwracalnie po podgrzaniu, a skład produktów rozkładu określa kation:
a) azotany metali stojące w szeregu napięć na lewo od magnezu:
b) azotany metali znajdujące się w szeregu napięć między magnezem a miedzią:
c) azotany metali znajdujące się w rzędzie napięć po prawej stronie:
Azotany w roztworach wodnych praktycznie nie wykazują właściwości utleniających, ale przy wysoka temperatura w stanie stałym występują silne utleniacze, na przykład podczas stapiania ciał stałych:
Informacje historyczne
Technika otrzymywania rozcieńczonego kwasu azotowego przez suchą destylację saletry z ałunem i siarczanem miedzi została najwyraźniej po raz pierwszy opisana w traktatach Jabira (Geber w tłumaczeniach zlatynizowanych) w VIII wieku. Metoda ta, z różnymi modyfikacjami, z których najbardziej znaczącą było zastąpienie siarczanu miedzi siarczanem żelaza, była stosowana w alchemii europejskiej i arabskiej aż do XVII wieku.
W XVII wieku Glauber zaproponował metodę otrzymywania lotnych kwasów w reakcji ich soli ze stężonym kwasem siarkowym, w tym kwasem azotowym z azotanu potasu, co umożliwiło wprowadzenie stężonego kwasu azotowego do praktyki chemicznej i zbadanie jego właściwości. metoda
23 lutego 2018 rJednym z najważniejszych produktów wykorzystywanych przez człowieka jest kwas azotowy. Formuła substancji to HNO 3, ma również różnorodne właściwości fizyczne i właściwości chemiczne odróżniając go od innych kwasów nieorganicznych. W naszym artykule zbadamy właściwości kwasu azotowego, zapoznamy się z metodami jego produkcji, a także rozważymy zakres substancji w różnych gałęziach przemysłu, medycynie i Rolnictwo.
Cechy właściwości fizycznych
Otrzymany w laboratorium kwas azotowy, którego wzór strukturalny podano poniżej, jest bezbarwną cieczą nieprzyjemny zapach cięższy od wody. Szybko odparowuje i ma niską temperaturę wrzenia +83°C. Związek łatwo miesza się z wodą w dowolnych proporcjach, tworząc roztwory o różnych stężeniach. Ponadto kwas azotanowy może wchłaniać wilgoć z powietrza, czyli jest substancją higroskopijną. Wzór strukturalny kwasu azotowego jest niejednoznaczny i może mieć dwie formy.
W postaci cząsteczkowej kwas azotanowy nie istnieje. W roztworach wodnych o różnych stężeniach substancja ma postać następujących cząstek: H 3 O + - jony hydroniowe i aniony reszty kwasowej - NO 3 -.
Oddziaływanie kwas-zasada
Kwas azotowy, który jest jednym z najsilniejszych kwasów, wchodzi w reakcje podstawienia, wymiany i neutralizacji. Tak więc w przypadku tlenków zasadowych związek uczestniczy w procesach metabolicznych, w wyniku których otrzymuje się sól i wodę. Reakcja zobojętniania jest podstawową właściwością chemiczną wszystkich kwasów. Produktami interakcji zasad i kwasów będą zawsze odpowiednie sole i woda:
NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O
Powiązane wideo
Reakcje z metalami
W cząsteczce kwasu azotowego, której wzór to HNO 3, najwięcej wykazuje azot wysoki stopień utlenianie równe +5, więc substancja ma wyraźne właściwości utleniające. Jako mocny kwas jest w stanie oddziaływać z metalami w szeregu aktywności metali aż do wodoru. Jednak w przeciwieństwie do innych kwasów może również reagować z pasywnymi pierwiastkami metalowymi, takimi jak miedź czy srebro. Odczynniki i produkty interakcji są określane zarówno przez stężenie samego kwasu, jak i aktywność metalu.
Rozcieńczony kwas azotowy i jego właściwości
Jeśli ułamek masowy HNO 3 wynosi 0,4-0,6, to związek wykazuje wszystkie właściwości mocnego kwasu. Na przykład dysocjuje na kationy wodoru i aniony reszt kwasowych. Wskaźniki w kwaśnym środowisku, na przykład fioletowy lakmus, w obecności nadmiaru jonów H +, zmieniają kolor na czerwony. Najważniejsza cecha Reakcje kwasu azotanowego z metalami to niezdolność do wydzielania wodoru, który utlenia się do wody. Zamiast tego powstają różne związki - tlenki azotu. Na przykład w procesie interakcji srebra z cząsteczkami kwasu azotowego, którego wzór to HNO 3, znajduje się tlenek azotu, woda i sól - azotan srebra. Stopień utlenienia azotu w złożonym anionie zmniejsza się, ponieważ dodawane są trzy elektrony.
Z aktywnymi pierwiastkami metali, takimi jak magnez, cynk, wapń, kwas azotanowy reaguje tworząc tlenek azotu, którego wartościowość jest najmniejsza, wynosi 1. Powstają również sól i woda:
4Mg + 10HNO3 \u003d NH4NO3 + 4Mg (NO3) 2 + 3H2O
Jeśli kwas azotowy wzór chemiczny który HNO 3 jest bardzo rozcieńczony, w tym przypadku produkty jego interakcji z aktywnymi metalami będą różne. Może to być amoniak, wolny azot lub tlenek azotu (I). Wszystko zależy od czynniki zewnętrzne, które obejmują stopień zmielenia metalu i temperaturę mieszanina reakcyjna. Na przykład równanie jego interakcji z cynkiem będzie wyglądać następująco:
Zn + 4HNO 3 \u003d Zn (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Stężony kwas HNO 3 (96-98%) w reakcjach z metalami jest redukowany do dwutlenku azotu i zwykle nie zależy to od pozycji metalu w szeregu N. Beketowa. Dzieje się tak w większości przypadków, na przykład podczas interakcji ze srebrem.
Pamiętajmy o wyjątku od reguły: w normalnych warunkach stężony kwas azotowy nie reaguje z żelazem, aluminium i chromem, tylko je pasywuje. Oznacza to, że na powierzchni metalu tworzy się ochronny film tlenkowy, który zapobiega dalszemu kontaktowi z cząsteczkami kwasu. Mieszanina substancji ze stężonym kwasem solnym w stosunku 3:1 nazywana jest wodą królewską. Ma zdolność rozpuszczania złota.
Jak kwas azotanowy reaguje z niemetalami
Silne właściwości utleniające substancji prowadzą do tego, że w jej reakcjach z pierwiastkami niemetalicznymi te ostatnie przechodzą w postać odpowiednich kwasów. Na przykład siarka jest utleniana do siarczanów, bor do kwasów borowych, a fosfor do kwasów fosforanowych. Potwierdzają to poniższe równania reakcji:
S 0 + 2HN V O 3 → H 2 S VI O 4 + 2N II O
Otrzymywanie kwasu azotowego
Najwygodniejszą laboratoryjną metodą otrzymywania substancji jest oddziaływanie azotanów ze stężonym kwasem siarczanowym. Odbywa się to przy niskim ogrzewaniu, nie pozwalając na wzrost temperatury, ponieważ w tym przypadku powstały produkt rozkłada się.
W przemyśle kwas azotowy można otrzymać na kilka sposobów. Na przykład utlenianie amoniaku otrzymanego z atmosferycznego azotu i wodoru. Produkcja kwasu odbywa się w kilku etapach. Tlenki azotu będą produktami pośrednimi. Najpierw powstaje tlenek azotu NO, który następnie jest utleniany tlenem atmosferycznym do dwutlenku azotu. Ostatecznie, w reakcji z wodą i nadmiarem tlenu, z NO 2 powstaje rozcieńczony (40-60%) kwas azotanowy. Jeśli jest destylowany ze stężonym kwasem siarczanowym, ułamek masowy HNO 3 w roztworze można zwiększyć do 98.
Powyższą metodę produkcji kwasu azotowego po raz pierwszy zaproponował twórca przemysłu azotowego w Rosji I. Andriejew na początku XX wieku.
Aplikacja
Jak pamiętamy, wzór chemiczny kwasu azotowego to HNO 3. Jaka cecha właściwości chemiczne decyduje o jego zastosowaniu, czy kwas azotowy jest wielkotonażowym produktem produkcji chemicznej? Jest to wysoka zdolność utleniająca substancji. Jest używany w przemyśle farmaceutycznym do pozyskiwania leki. Substancja służy surowiec do syntezy związków wybuchowych, tworzyw sztucznych, barwników. Kwas azotanowy jest używany m.in wyposażenie wojskowe jako utleniacz paliwa rakietowego. Jego duża objętość wykorzystywana jest do produkcji najważniejszego rodzaju nawozów azotowych - saletry. Przyczyniają się do zwiększenia plonowania najważniejszych upraw oraz zwiększenia zawartości białka w owocach i zielonej masie.
Zastosowania azotanów
Po rozważeniu głównych właściwości, produkcji i zastosowania kwasu azotowego skupimy się na wykorzystaniu jego najważniejszych związków – soli. Są nie tylko nawozy mineralne, niektórzy z nich mają bardzo ważne w przemyśle militarnym. Na przykład mieszanina 75% azotanu potasu, 15% miału węglowego i 5% siarki nazywana jest czarnym prochem. Amonal, materiał wybuchowy, otrzymuje się z azotanu amonu, a także proszku węglowego i aluminiowego. Ciekawa nieruchomość sole kwasu azotanowego to ich zdolność do rozkładu po podgrzaniu.
Ponadto produkty reakcji będą zależeć od tego, który jon metalu jest częścią soli. Jeśli pierwiastek metalowy znajduje się w szeregu aktywności na lewo od magnezu, w produktach znajdują się azotyny i wolny tlen. Jeśli metal, który jest częścią azotanu, znajduje się od magnezu do miedzi włącznie, to po podgrzaniu soli powstaje dwutlenek azotu, tlen i tlenek. element metalowy. Sole srebra, złota lub platyny w wysokiej temperaturze tworzą wolny metal, tlen i dwutlenek azotu.
W naszym artykule dowiedzieliśmy się, jaki jest wzór chemiczny kwasu azotowego w chemii i jakie cechy jego właściwości utleniających są najważniejsze.
Ryż. 97. Zapłon terpentyny w kwasie azotowym
Czyste - bezbarwne bity w płynie. waga 1,53, wrze w 86 ° iw temperaturze -41 ° zestala się w przezroczystą krystaliczną masę. W powietrzu, podobnie jak stężony kwas solny, „dymi”, ponieważ jego opary tworzą małe kropelki mgły z wilgocią powietrza.
Miesza się z wodą w dowolnym stosunku, a 68% roztwór wrze w temperaturze 120,5 ° i destyluje bez zmian. Ta kompozycja ma zwykły rytm sprzedażowy. waga 1,4. Stężony kwas zawierający 96-98% HNO 3 i zabarwiony na czerwono-brązowy z rozpuszczonym w nim dwutlenkiem azotu jest znany jako dymiący kwas azotowy.
Kwas azotowy nie różni się szczególną siłą chemiczną. Już pod wpływem światła stopniowo rozkłada się nawoda i dwutlenek azotu:
4HNO3 \u003d 2H2O + 4NO2 + O2
Im wyższa temperatura i im bardziej stężony kwas, tym idzie szybciej rozkład. Dlatego kwas azotowy otrzymany z saletry jest zawsze zabarwiony na żółtawo przez dwutlenek azotu. Aby uniknąć rozkładu, destylację przeprowadza się pod zmniejszonym ciśnieniem, pod którym kwas azotowy wrze w temperaturze zbliżonej do 20 °.
Kwas azotowy jest jednym z najsilniejszych kwasów; w roztworach rozcieńczonych rozkłada się całkowicie na jony H i NO3'.
Najbardziej charakterystyczną właściwością kwasu azotowego jest jego wyraźna siła utleniająca. Kwas azotowy jest jednym z najbardziej energetycznych utleniaczy. Wiele metaloidów jest łatwo utlenianych przez nie, zamieniając się w odpowiednie kwasy. Na przykład, gotując z kwasem azotowym, stopniowo utlenia się do kwasu siarkowego, do kwasu fosforowego itp. Tlący się żar zanurzony w stężonym kwasie azotowym nie tylko nie gaśnie, alewybucha jasno, rozkładając kwas z utworzeniem czerwono-brązowego dwutlenku azotu.
Czasami podczas utleniania uwalnia się tyle ciepła, że substancja utleniająca samoistnie zapala się bez podgrzewania.
Wlejmy na przykład trochę dymiącego kwasu azotowego do porcelanowej filiżanki, postawmy filiżankę na dnie szerokiej szklanki i po zebraniu terpentyny w pipetę, wkraplamy ją po kropli do filiżanki z kwasem. Każda kropla wpadająca do kwasu zapala się i wypala, tworząc duży płomień i chmurę sadzy (ryc. 97). Ogrzewany trociny również zapalić się od kropli dymiącego kwasu azotowego. Kwas azotowy działa na prawie wszystko, z wyjątkiem złota, platyny i niektórych rzadkich metali, zamieniając je w sole azotanowe. Ponieważ te ostatnie są rozpuszczalne w wodzie, kwas azotowy jest stale używany w praktyce do rozpuszczania metali, zwłaszcza takich, na które inne kwasy nie działają lub działają bardzo wolno.
Godne uwagi jest to, że, jak również stwierdził MV, niektóre (itp.), które są łatwo rozpuszczalne w rozcieńczonym kwasie azotowym, nie rozpuszczają się w zimnym stężonym kwasie azotowym. Najwyraźniej jest to spowodowane tworzeniem się na ich powierzchni cienkiej, bardzo gęstej warstwy tlenku, która chroni metal przed dalszym działaniem kwasu. Takie po potraktowaniu stężonym kwasem azotowym stają się „pasywne”, to znaczy tracą zdolność rozpuszczania się również w rozcieńczonych kwasach.
Utleniające właściwości kwasu azotowego wynikają z niestabilności jego cząsteczek i obecności w nich azotu na najwyższym stopniu utlenienia, odpowiadającym dodatniej wartościowości równej 5. Podczas utleniania kwas azotowy jest sukcesywnie redukowany do następujących związków:
HNO 3 →NO 2 →HNO 2 →NO→N 2 O→N 2 →NH 3
Stopień redukcji kwasu azotowego zależy zarówno od jego stężenia, jak i od procentowej aktywności środka redukującego. Im bardziej rozcieńczony kwas, tym bardziej jest zredukowany. Stężony kwas azotowy jest zawsze redukowany do NO 2 . Rozcieńczony kwas azotowy jest zwykle redukowany do NO lub, pod działaniem bardziej aktywnych metali, takich jak Fe, Zn, Mg, do N 2 O. Jeśli kwas jest bardzo rozcieńczony, głównym produktem redukcji jest NH 3, który tworzy sól amonową NH 4 NO 3 z nadmiarem kwasu.
Dla ilustracji przedstawiamy schematy kilku reakcji utleniania z kwasem azotowym;
1) Pb + HNO 3 → Pb (NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O
2) Cu + HNO 3 → Cu (NO 3) 2 + NO + H2O
rozcieńczony,
3) Mg + HNO 3 → Mg(NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O
rozcieńczony,
4) Zn + HNO 3 → Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O
bardzo rozcieńczony.
Należy zauważyć że pod działaniem rozcieńczonego kwasu azotowego na metale z reguły nie jest uwalniany.
Kiedy metaloidy są utleniane, kwas azotowy jest zwykle redukowany do NO. Na przykład:
S + 2HNO3 \u003d H2SO4 + 2NO
Powyższe diagramy ilustrują najbardziej typowe przypadki. działanie oksydacyjne kwas azotowy. Ogólnie
należy zauważyć, że wszystkie reakcje utleniania z udziałem kwasu azotowego są bardzo złożone ze względu na jednoczesne powstawanie różnych produktów redukcji i nadal nie można ich uznać za w pełni wyjaśnione.
Mieszanina składająca się z 1 objętości azotu i 3 objętości kwasu solnego, nazywa się aqua regia. Wódka królewska rozpuszcza niektóre metale, które nie rozpuszczają się w kwasie azotowym, w tym „króla metali” -. Jego działanie tłumaczy się tym, że kwas azotowy utlenia kwas solny z uwolnieniem wolnego chloru i powstawaniem chlorek nitrozylu NOCl:
HNO3 + 3HCl \u003d Cl2 + 2H2O + NOCl
Chlorek nitrozylu jest produktem pośrednim reakcji i rozkłada się na tlenek azotu oraz:
2NOCl \u003d 2NO + Cl2
Uwolniony łączy się z metalami, tworząc metale, dlatego po rozpuszczeniu metali w wodzie królewskiej otrzymuje się sole kwasu solnego, a nie kwasu azotowego:
Au + 3HCl + HNO3 \u003d AuCl3 + NO + 2H2O
Na wiele organicznych kwasów azotowych działa w taki sposób, że jeden lub więcej atomów wodoru w cząsteczce związek organiczny są zastąpione grupami nitrowymi - NO 2 . Proces ten, zwany nitrowaniem, odgrywa niezwykle ważną rolę w chemii organicznej.
Gdy bezwodnik fosforowy działa na kwas azotowy, ten ostatni usuwa elementy wody z kwasu azotowego, w wyniku czego powstaje bezwodnik azotowy i kwas metafosforowy.
2HNO 3 + P 2 O 5 \u003d N 2 O 5 + 2HPO 3
Kwas azotowy jest najważniejszym związkiem azotu ze względu na różne aplikacje które znajduje w gospodarce narodowej.
Kwas azotowy jest wykorzystywany w dużych ilościach do produkcji nawozów azotowych i barwników organicznych. Stosowany jest jako utleniacz w wielu procesach chemicznych, do produkcji kwasu siarkowego metodą podazotową, służy do rozpuszczania metali, otrzymywania azotanów, służy do otrzymywania lakiery celulozowe, folii i wielu innych gałęziach przemysłu chemicznego. Kwas azotowy jest również używany do produkcji prochu bezdymnego i materiałów wybuchowych, które są niezbędne do obrony kraju i są szeroko stosowane w górnictwie i różnych roboty ziemne(budowa kanałów, tam itp.).
DEFINICJA
Czysty Kwas azotowy- bezbarwna ciecz, w temperaturze -42 o C krzepnąca w przezroczystą krystaliczną masę (budowę cząsteczki przedstawiono na ryc. 1).
W powietrzu, podobnie jak stężony kwas solny, „dymi”, ponieważ jego opary tworzą małe kropelki mgły z wilgocią powietrza.
Kwas azotowy nie jest silny. Już pod wpływem światła stopniowo rozkłada się:
4HNO3 \u003d 4NO2 + O2 + 2H2O.
Im wyższa temperatura i im bardziej stężony kwas, tym szybszy rozkład. Uwolniony dwutlenek azotu rozpuszcza się w kwasie i nadaje mu brązowy kolor.
Ryż. 1. Budowa cząsteczki kwasu azotowego.
Tabela 1. Właściwości fizyczne kwasu azotowego.
Otrzymywanie kwasu azotowego
Kwas azotowy powstaje w wyniku działania utleniaczy na kwas azotawy:
5HNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5HNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O.
Bezwodny kwas azotowy można otrzymać przez destylację pod zmniejszonym ciśnieniem stężonego roztworu kwasu azotowego w obecności P 4 O 10 lub H 2 SO 4 we wszystkich szklanych urządzeniach bez smarowania w ciemności.
Przemysłowy proces produkcji kwasu azotowego opiera się na katalitycznym utlenianiu amoniaku nad ogrzaną platyną:
NH3 + 2O2 \u003d HNO3 + H2O.
Właściwości chemiczne kwasu azotowego
Kwas azotowy jest jednym z najsilniejszych kwasów; w rozcieńczonych roztworach całkowicie dysocjuje na jony. Jego sole nazywane są azotanami.
HNO 3 ↔ H + + NIE 3 -.
Charakterystyczną właściwością kwasu azotowego jest jego wyraźna zdolność utleniania. Kwas azotowy jest jednym z najbardziej energetycznych utleniaczy. Wiele niemetali łatwo się przez nie utlenia, zamieniając w odpowiednie kwasy. Tak więc, gdy siarka jest gotowana z kwasem azotowym, stopniowo utlenia się do kwasu siarkowego, a fosfor do kwasu fosforowego. Tlący się żar zanurzony w stężonym HNO 3 rozbłyska jasno.
Kwas azotowy działa na prawie wszystkie metale (z wyjątkiem złota, platyny, tantalu, rodu, irydu), zamieniając je w azotany, a niektóre metale w tlenki.
Stężony kwas azotowy pasywuje niektóre metale.
Kiedy rozcieńczony kwas azotowy reaguje z nieaktywnymi metalami, takimi jak miedź, uwalnia się dwutlenek azotu. W przypadku bardziej aktywnych metali – żelaza, cynku – powstaje tlenek diazotu. Silnie rozcieńczony kwas azotowy reaguje z metalami aktywnymi - cynkiem, magnezem, glinem - tworząc jon amonowy, który z kwasem daje azotan amonu. Zwykle powstaje kilka produktów jednocześnie.
Cu + HNO 3 (stęż.) = Cu (NO 3) 2 + NO 2 + H2O;
Cu + HNO 3 (rozcieńczony) = Cu (NO 3) 2 + NO + H2O;
Mg + HNO 3 (rozcieńczony) = Mg (NO 3) 2 + N2O + H2O;
Zn + HNO 3 (bardzo rozcieńczony) = Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O.
Pod działaniem kwasu azotowego na metale wodór z reguły nie jest uwalniany.
S + 6HNO 3 \u003d H2SO4 + 6NO2 + 2H2O;
3P + 5HNO3 + 2H2O \u003d 3H3PO4 + 5NO.
Mieszanina składająca się z 1 objętości kwasu azotowego i 3-4 objętości stężonego kwasu solnego nazywana jest wodą królewską. Wódka królewska rozpuszcza niektóre metale, które nie wchodzą w interakcje z kwasem azotowym, w tym „króla metali” – złoto. Jego działanie tłumaczy się tym, że kwas azotowy utlenia kwas solny z uwolnieniem wolnego chloru i utworzeniem chlorku azotu (III) lub chlorku nitrozylu, NOCl:
HNO3 + 3HCl \u003d Cl2 + 2H2O + NOCl.
Stosowanie kwasu azotowego
Kwas azotowy jest jednym z najważniejszych związków azotu: jest zużywany w dużych ilościach przy produkcji nawozów azotowych, materiałów wybuchowych i barwników organicznych, służy jako utleniacz w wielu procesach chemicznych, jest wykorzystywany do produkcji kwasu siarkowego metodą azotawą, jest wykorzystywany do wyrobu lakierów celulozowych, folii.
Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1