Азотистая кислота и нитриты

9 заданий

Неустойчивая кислота

Азотистую кислоту получают только в растворе. Для этого нитрит подкисляют на холоду: \(\ce{NaNO2 + HCl -> NaCl + HNO2}\). Раствор может иметь голубоватую окраску из-за примеси \(\ce{N2O3}\).

При нагревании и концентрировании азотистая кислота разлагается: часть атомов азота повышает степень окисления, а другая часть понижает её. Такое превращение называют диспропорционированием:

\[\ce{3HNO2 -> HNO3 + 2NO ^ + H2O}\]

Азотистая кислота является слабой кислотой: \(pK_a = 3{,}3\). Она сильнее уксусной кислоты, но слабее фосфорной по первой ступени диссоциации.

Соли азотистой кислоты называют нитритами. Их получают из нитратов, а также при поглощении нитрозных газов щёлочью.

scienceПолучение нитритов

\(\ce{2NaNO3 ->[t] 2NaNO2 + O2}\) — при нагревании нитрат щелочного металла разлагается с образованием нитрита и кислорода.
\(\ce{NaNO3 + Pb ->[t] NaNO2 + PbO}\) — свинец восстанавливает расплав нитрата до нитрита; такое превращение протекает быстрее и полнее, чем термическое разложение.
\(\ce{NO + NO2 + 2NaOH -> 2NaNO2 + H2O}\) — при поглощении смеси нитрозных газов щёлочью образуется нитрит; этот способ применяют в промышленности.
\(\ce{2NaNO3 + C ->[t] 2NaNO2 + CO2}\) — при нагревании углерод восстанавливает нитрат натрия до нитрита.

auto_awesomeНитрит в колбасе

Нитрит натрия (E250) придаёт мясным изделиям розовый цвет, образуя нитрозомиоглобин, и подавляет рост ботулинических бактерий. Его дозу строго ограничивают: в желудке из нитритов могут образоваться канцерогенные нитрозамины. При отравлении нитрит окисляет железо гемоглобина до \(\ce{Fe^3+}\). Образующийся метгемоглобин не переносит кислород, поэтому у пострадавшего могут синеть губы. Смертельная доза нитрита составляет всего несколько граммов; его нельзя путать с солью.

Окислитель или восстановитель

В азотистой кислоте и нитритах азот имеет промежуточную степень окисления +3. Поэтому нитрит может как принимать, так и отдавать электроны: его роль зависит от вещества, с которым он реагирует, и от среды реакции.

При взаимодействии с восстановителями нитрит является окислителем. В кислой среде он восстанавливается до монооксида азота, а при реакции с аммонием образуется молекулярный азот.

scienceНитрит как окислитель

\(\ce{2NaNO2 + 2KI + 2H2SO4 -> 2NO ^ + I2 + K2SO4 + Na2SO4 + 2H2O}\) — в кислой среде нитрит окисляет иодид до иода; образовавшийся иод окрашивает иодкрахмальную бумажку в синий цвет, что позволяет обнаружить нитрит.
\(\ce{NO2- + Fe^2+ + 2H+ -> NO + Fe^3+ + H2O}\), затем \(\ce{Fe^2+ + NO -> [Fe(NO)]^2+}\) — нитрит окисляет железо(II), после чего образовавшийся монооксид азота связывается с железом(II) и появляется бурое окрашивание.
\(\ce{NaNO2 + NH4Cl ->[t] N2 ^ + NaCl + 2H2O}\) — атомы азота нитрита и аммония с разными степенями окисления образуют молекулярный азот; такую реакцию называют сопропорционированием.
\(\ce{2HNO2 + (NH2)2CO -> 2N2 + CO2 + 3H2O}\) — карбамид разрушает азотистую кислоту; эту реакцию используют в анализе.

При взаимодействии с сильными окислителями нитрит, напротив, является восстановителем: азот в его составе повышает степень окисления и образуется нитрат.

scienceНитрит как восстановитель

\(\ce{5NaNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 -> 5NaNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O}\) — перманганат окисляет нитрит до нитрата; эту реакцию используют для определения нитритов.
\(\ce{3NaNO2 + K2Cr2O7 + 4H2SO4 -> 3NaNO3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O}\) — дихромат окисляет нитрит до нитрата.
\(\ce{NaNO2 + Cl2 + H2O -> NaNO3 + 2HCl}\) — хлор окисляет нитрит до нитрата.

boltОпределение роли нитрита

Сначала определите роль второго реагента. Если он является восстановителем (\(\ce{I-}\), \(\ce{Fe^2+}\), \(\ce{H2S}\), \(\ce{NH4+}\)), нитрит выступает окислителем. При реакции с сильным окислителем (\(\ce{MnO4-}\), \(\ce{Cr2O7^2-}\), \(\ce{Cl2}\)) нитрит выступает восстановителем. Нитрат, в котором азот имеет степень окисления \(\ce{N^{+5}}\), в окислительно-восстановительных реакциях может быть только окислителем. Однако в разбавленном растворе, даже подкисленном, нитрат практически не окисляет иодид, тогда как нитрит в кислой среде окисляет его сразу.

Нитриты в органической химии и анализе

Главным промышленным применением нитрита является диазотирование — превращение ароматических аминов в соли диазония при взаимодействии с азотистой кислотой на холоду:

\[\ce{C6H5NH2 + NaNO2 + 2HCl ->[0 °C] [C6H5N2]Cl + NaCl + 2H2O}\]

Из солей диазония получают азокрасители. В отличие от ароматических, первичные алифатические амины при реакции с азотистой кислотой образуют спирты с выделением азота: \(\ce{RNH2 + HNO2 -> ROH + N2 + H2O}\). На выделении азота основан метод Ван-Слайка для определения аминогрупп в аминокислотах.

auto_awesomeРеактив Грисса

Нитриты в воде и продуктах определяют по Гриссу (1879). Нитрит диазотирует сульфаниловую кислоту, а образовавшаяся соль диазония вступает в реакцию сочетания с нафтиламином. В результате получается ярко-красный азокраситель. Чувствительность метода позволяет определять нитриты при содержании порядка микрограммов на литр.

Нитрит используют и в других реакциях синтеза. Кроме того, некоторые вещества позволяют разрушить избыток нитрита после реакции.

scienceНитрит в синтезе

\(\ce{NaNO2 + H2SO4 + ROH -> RONO + NaHSO4 + H2O}\) — при реакции со спиртом образуется алкилнитрит; амилнитрит ранее применяли как сосудорасширяющее средство.
\(\ce{NaNO2 + HCl + RNH2 -> ROH + N2 ^ + NaCl + H2O}\) — первичный алифатический амин в кислой среде превращается в спирт с выделением азота.
\(\ce{NaNO2 + NH2SO3H -> N2 + NaHSO4 + H2O}\) — сульфаминовая кислота количественно разрушает нитрит с выделением азота.

push_pinГлавное

\(\ce{HNO2}\) — слабая кислота (\(pK_a = 3{,}3\)), которая существует только в разбавленных холодных растворах и диспропорционирует: \(\ce{3HNO2 -> HNO3 + 2NO + H2O}\). Поскольку азот в нитритах имеет промежуточную степень окисления +3, при реакции с иодидом, \(\ce{Fe^2+}\) и сероводородом нитрит является окислителем и восстанавливается до NO, а при реакции с аммонием образует \(\ce{N2}\). Перманганат, дихромат и хлор окисляют нитрит до нитрата; в этих реакциях нитрит является восстановителем. Нитриты получают восстановлением нитратов или поглощением \(\ce{NO + NO2}\) щёлочью. Нитрит натрия применяют как консервант (E250) и реагент для диазотирования, но в больших дозах он ядовит и вызывает метгемоглобинемию.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.