Серная и азотная кислоты

Серная и азотная кислоты проявляют все общие свойства кислот, но у них есть и особые свойства. Причина в том, что сера (+6) и азот (+5) находятся в них в высших степенях окисления и сами могут принимать электроны, то есть быть окислителями. Поэтому с металлами эти кислоты реагируют не так, как соляная.

Серная кислота

Серная кислота \(\ce{H2SO4}\) — бесцветная тяжёлая маслянистая жидкость; концентрированная кислота почти вдвое тяжелее воды. Она нелетуча и жадно поглощает воду, поэтому ею осушают газы. Концентрированная серная кислота отнимает воду даже у органических веществ: сахар, бумага и древесина в ней обугливаются. Если облить сахар концентрированной серной кислотой, из стакана поднимется чёрная пористая «змея» угля:

\[ \ce{C12H22O11 ->[\ce{H2SO4}\text{ (конц.)}] 12C + 11H2O} \]

Серную кислоту производят больше, чем любое другое химическое вещество; её называют «хлебом химической промышленности». Она нужна для производства удобрений, красителей, лекарств, моющих средств, для очистки нефтепродуктов и в автомобильных аккумуляторах.

Разбавление серной кислоты

При смешивании серной кислоты с водой выделяется очень много теплоты. Если лить воду в кислоту, первые капли воды мгновенно закипают на поверхности тяжёлой кислоты и разбрызгивают её. Поэтому правило разбавления серной кислоты одно: кислоту тонкой струйкой льют в воду при перемешивании, но никогда не наоборот. Школьники запоминают его стишком: «Сначала вода, потом кислота, иначе случится большая беда».

Качественная реакция на сульфат-ион

Качественная реакция на сульфат-ион — реакция с растворимыми солями бария. Выпадает белый осадок сульфата бария, который не растворяется ни в воде, ни в кислотах:

\[ \ce{H2SO4 + BaCl2 -> BaSO4 v + 2HCl}, \qquad \ce{Na2SO4 + Ba(NO3)2 -> BaSO4 v + 2NaNO3}, \qquad \ce{Ba^{2+} + SO4^{2-} -> BaSO4 v} \]

Концентрированная серная кислота и металлы

Разбавленная серная кислота реагирует с металлами за счёт ионов водорода. А в концентрированной кислоте окислителем становится сера(+6), поэтому водород не выделяется. Концентрированная серная кислота и медь реагируют при нагревании, хотя медь стоит после водорода; сера восстанавливается до сернистого газа:

\[ \ce{Cu + 2H2SO4 ->[t^\circ] CuSO4 + SO2 ^ + 2H2O} \]

Пассивация

Удивительно, но железо, алюминий и хром, которые легко растворяются в разбавленных кислотах, при обычной температуре не реагируют с концентрированными серной и азотной кислотами. Кислота-окислитель мгновенно покрывает поверхность металла тончайшей плотной плёнкой оксида, и реакция прекращается. Это явление называют пассивация. Благодаря ей концентрированную серную кислоту перевозят в стальных цистернах.

Азотная кислота

Азотная кислота \(\ce{HNO3}\) — бесцветная жидкость с резким запахом, «дымящая» на воздухе. На свету она частично разлагается, выделяя бурый оксид азота(IV), и желтеет, поэтому её хранят в тёмных склянках. Как сильная кислота, она реагирует с основными оксидами, основаниями и солями более слабых кислот:

\[ \ce{4HNO3 ->[h\nu] 4NO2 ^ + O2 ^ + 2H2O}, \qquad \ce{CaCO3 + 2HNO3 -> Ca(NO3)2 + H2O + CO2 ^} \]

С металлами азотная кислота любой концентрации реагирует без выделения водорода: окислителем служит азот(+5), а восстанавливается он до оксидов азота или других соединений азота. Она растворяет даже медь и серебро. Концентрированная кислота с медью даёт бурый оксид азота(IV), разбавленная — бесцветный оксид азота(II), который на воздухе сразу буреет:

\[ \ce{Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2NO2 ^ + 2H2O}, \qquad \ce{3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 2NO ^ + 4H2O} \]

Золото и платина в азотной кислоте не растворяются. Их растворяет «царская водка» — смесь одного объёма концентрированной азотной и трёх объёмов концентрированной соляной кислоты.