Азотная кислота
Получение и свойства
Способ Оствальда — три стадии:
- \(\ce{4NH3 + 5O2 ->[Pt-Rh] 4NO + 6H2O}\);
- \(\ce{2NO + O2 -> 2NO2}\);
- \(\ce{4NO2 + O2 + 2H2O -> 4HNO3}\).
Итог: \(\ce{NH3 + 2O2 -> HNO3 + H2O}\) — из моля аммиака моль кислоты.
Получается 55–68 %-я кислота (68 % — азеотроп, т. кип. 121 °C). Более концентрированную получают перегонкой с серной кислотой или прямым синтезом под давлением.
history_eduГлаубер и «крепкая водка»
Алхимики получали азотную кислоту («крепкую водку», aqua fortis) перегонкой селитры с купоросом. Иоганн Глаубер в XVII веке предложил перегонять селитру с серной кислотой: \(\ce{NaNO3 + H2SO4 ->[t] NaHSO4 + HNO3 ^}\) — так кислоту получали до конца XIX века.
scienceСвойства азотной кислоты
- \(\ce{4HNO3 ->[h\nu] 4NO2 + O2 + 2H2O}\) — на свету кислота желтеет (растворённый \(\ce{NO2}\)); хранят в тёмных склянках.
- \(\ce{HNO3 + NaOH -> NaNO3 + H2O}\) — сильная кислота.
- \(\ce{CaCO3 + 2HNO3 -> Ca(NO3)2 + CO2 + H2O}\).
- Белки с концентрированной азотной кислотой желтеют (ксантопротеиновая реакция — нитрование ароматических колец): жёлтые пятна на коже.
Азотная кислота и неметаллы
Азотная кислота окисляет неметаллы до высших кислородных кислот (или оксидов), сама восстанавливаясь до \(\ce{NO2}\) (концентрированная) или \(\ce{NO}\) (разбавленная).
scienceОкисление неметаллов
- \(\ce{C + 4HNO3 (конц) ->[t] CO2 + 4NO2 + 2H2O}\) — раскалённый уголь горит в парах азотной кислоты.
- \(\ce{S + 6HNO3 (конц) ->[t] H2SO4 + 6NO2 + 2H2O}\).
- \(\ce{P + 5HNO3 (конц) -> H3PO4 + 5NO2 + H2O}\).
- \(\ce{3P + 5HNO3 (разб) + 2H2O -> 3H3PO4 + 5NO}\).
- \(\ce{I2 + 10HNO3 (конц) -> 2HIO3 + 10NO2 + 4H2O}\).
- \(\ce{3H2S + 2HNO3 (разб) -> 3S + 2NO + 4H2O}\); концентрированная окисляет сероводород до серной кислоты.
boltСколько NO₂ на неметалл
Каждый \(\ce{NO2}\) — один принятый электрон. Число молекул \(\ce{NO2}\) равно числу электронов, отданных неметаллом: C (0 → +4) — 4, S (0 → +6) — 6, P (0 → +5) — 5.
auto_awesomeСкипидар в азотной кислоте
Некоторые органические вещества (скипидар, опилки) воспламеняются от дымящей азотной кислоты. Это свойство легло в основу первых ракетных топлив: азотная кислота + анилин или керосин — самовоспламеняющиеся пары.
Царская водка и особые случаи
Царская водка — смесь концентрированных азотной и соляной кислот 1 : 3. Азотная кислота окисляет соляную, образуя хлор и хлорид нитрозила:
Эти частицы окисляют даже золото и платину, а хлорид-ионы связывают их в прочные комплексы: \(\ce{Au + HNO3 + 4HCl -> H[AuCl4] + NO + 2H2O}\); \(\ce{3Pt + 4HNO3 + 18HCl -> 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O}\).
infoПочему ни одна кислота не справляется сама
Потенциал \(\ce{Au^3+/Au}\) (1,50 В) выше, чем у азотной кислоты. Но в присутствии хлорида золото сразу связывается в \(\ce{[AuCl4]-}\), и потенциал пары \(\ce{[AuCl4]-/Au}\) падает до 1,00 В — теперь азотная кислота справляется. Соляная кислота одна — не окислитель, азотная одна — «не держит» золото в растворе.
scienceОсобые случаи
- \(\ce{Fe}\), \(\ce{Al}\), \(\ce{Cr}\) пассивируются концентрированной кислотой (урок 83).
- \(\ce{Sn + 4HNO3 (конц) -> SnO2 v + 4NO2 + 2H2O}\) — олово даёт нерастворимую «метаоловянную кислоту».
- \(\ce{3Ag + 4HNO3 (разб) -> 3AgNO3 + NO + 2H2O}\) — серебро отделяют от золота «кислотной пробой»: серебро растворяется, золото остаётся.
- Ниобий, тантал, иридий, родий не растворяются даже в царской водке.
push_pinГлавное
Азотную кислоту получают окислением аммиака (Оствальд): \(\ce{NH3 -> NO -> NO2 -> HNO3}\); концентрированная — около 68 % (азеотроп), «дымящая» — выше 90 %. На свету разлагается (\(\ce{4HNO3 -> 4NO2 + O2 + 2H2O}\) — желтеет). Окислитель — нитрат-ион: металлы (урок 83) дают \(\ce{NO2}\), \(\ce{NO}\), \(\ce{N2O}\), \(\ce{N2}\), \(\ce{NH4+}\) в зависимости от условий; неметаллы окисляются до высших кислот (\(\ce{S -> H2SO4}\), \(\ce{P -> H3PO4}\), \(\ce{C -> CO2}\), \(\ce{I2 -> HIO3}\)). Царская водка (\(\ce{HNO3 : HCl = 1 : 3}\)) растворяет золото и платину благодаря хлоридным комплексам.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.