Азотная и серная кислоты, галогены как окислители

В разбавленной серной и соляной кислотах окислитель — ион водорода, поэтому с металлами, стоящими до водорода, они дают водород и соль. Азотная кислота любой концентрации и концентрированная серная окисляют атомами азота (+5) и серы (+6) соответственно. Это сильные окислители: они реагируют с металлами после водорода (кроме золота и платины) и с неметаллами, а водород не выделяют никогда.

Азотная кислота

Продукт восстановления азота зависит от концентрации кислоты и активности восстановителя: чем разбавленнее кислота и активнее металл, тем ниже степень окисления азота в продукте.

\[ \ce{Cu + 4HNO3(\text{конц.}) -> Cu(NO3)2 + 2NO2 ^ + 2H2O}; \qquad \ce{3Cu + 8HNO3(\text{разб.}) -> 3Cu(NO3)2 + 2NO ^ + 4H2O} \]

\[ \ce{4Zn + 10HNO3 -> 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O}; \qquad \ce{S + 6HNO3(\text{конц.}) -> H2SO4 + 6NO2 ^ + 2H2O} \]

Железо, алюминий и хром на холоде в концентрированной азотной кислоте не растворяются — это пассивация: на поверхности образуется плотная оксидная плёнка, и реакция прекращается. При нагревании они реагируют.

Концентрированная серная кислота

С малоактивными металлами (\(\ce{Cu}\), \(\ce{Ag}\), \(\ce{Hg}\)) и с неметаллами концентрированная серная кислота восстанавливается до \(\ce{SO2}\); с активными металлами — до \(\ce{SO2}\), серы или \(\ce{H2S}\). Железо, алюминий и хром пассивирует на холоде.

\[ \ce{Cu + 2H2SO4(\text{конц.}) -> CuSO4 + SO2 ^ + 2H2O}; \qquad \ce{C + 2H2SO4(\text{конц.}) -> CO2 ^ + 2SO2 ^ + 2H2O} \]

\[ \ce{4Zn + 5H2SO4(\text{конц.}) -> 4ZnSO4 + H2S ^ + 4H2O}; \qquad \ce{2HBr + H2SO4(\text{конц.}) -> Br2 + SO2 ^ + 2H2O} \]

С твёрдыми хлоридами концентрированная серная кислота реагирует без изменения степеней окисления — вытесняет летучий хлороводород: \(\ce{NaCl(\text{тв}) + H2SO4(\text{конц.}) ->[t^\circ] NaHSO4 + HCl ^}\). С бромидами и иодидами так не получается: \(\ce{HBr}\) и \(\ce{HI}\) — восстановители и окисляются кислотой до свободных галогенов.

Галогены

Окислительная сила галогенов падает от фтора к иоду. Более активный галоген вытесняет менее активный из галогенидов. Хлор и бром окисляют железо(II) до железа(III), сульфиды — до серы, сульфиты — до сульфатов, аммиак — до азота. Иод — слабый окислитель: он окисляет сероводород и сульфиты, но не ионы \(\ce{Fe^{2+}}\).

\[ \ce{2FeCl2 + Cl2 -> 2FeCl3}; \qquad \ce{H2S + Br2 -> S v + 2HBr}; \qquad \ce{Na2SO3 + Cl2 + H2O -> Na2SO4 + 2HCl} \]