Применение hno3. Азотная кислота и нитраты
Азотная кислота – бесцветная, «дымящаяся» на воздухе жидкость с едким запахом. Химическая формула HNO3.
Физические свойства. При температуре 42 °C застывает в виде белых кристаллов. Безводная азотная кислота закипает при атмосферном давлении и 86 °C. С водой смешивается в произвольных соотношениях.
Под воздействием света концентрированная HNO3 разлагается на оксиды азота:
HNO3 хранят в прохладном и темном месте. Валентность азота в ней – 4, степень окисления – +5, координационное число – 3.
HNO3 – сильная кислота. В растворах полностью распадается на ионы. Взаимодействует с основными оксидами и основаниями, с солями более слабых кислот. HNO3 обладает сильной окислительной способностью. Способна восстанавливаться с одновременным образованием нитрата до соединений, в зависимости от концентрации, активности взаимодействующего металла и условий:
1) концентрированная HN03 , взаимодействуя с малоактивными металлами, восстанавливается до оксида азота (IV) NO2:
2) если кислота разбавленная, то она восстанавливается до оксида азота (II) NO:
3) более активные металлы восстанавливают разбавленную кислоту до оксида азота (I) N2O:
До солей аммония восстанавливается очень разбавленная кислота:
Au, Pt, Rh, Ir, Ta, Ti не реагируют с концентрированной HNO3, а Al, Fe, Co и Cr – «пассивируются».
4) с неметаллами HNO3 реагирует, восстанавливая их до соответствующих кислот, а сама восстанавливается до оксидов:
5) HNO3 окисляет некоторые катионы и анионы и неорганические ковалентные соединения.
6) вступает во взаимодействие со многими органическими соединениями – реакция нитрования.
Промышленное получение азотной кислоты: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O.
Аммиак – NO переходит в NO2, который с водой в присутствии кислорода воздуха дает азотную кислоту.
Катализатор – платиновые сплавы. Получаемая HNO3 не более 60 %. При необходимости ее концентрируют. Промышленностью выпускается разбавленная HNO3 (47–45 %), а концентрированная HNO3 (98–97 %). Концентрированную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах, разбавленную – в цистернах из кислотоупорной стали.
34. Фосфор
Фосфор (Р) находится в 3-м периоде, в V группе, главной подгруппы периодической системы Д.И. Менделеева. Порядковый номер 15, заряд ядра +15, Аr = 30,9738 а.е. м... имеет 3 энергетических уровня, на энергетической оболочке 15 электронов, из них 5 валентных. У фосфора появляется d-подуровень. Электронная конфигурация Р: 1s2 2s2 2p63s2 3p33d0. Характерна sp3-гибридизация, реже sp3d1. Валентность фосфора – III, V. Наиболее характерная степень окисления +5 и -3, менее характерные: +4, +1, -2, -3. Фосфор может проявлять и окислительные и восстановительные свойства: принимать и отдавать электроны.
Строение молекулы: способность образования?-связи менее выражена, чем у азота – при обычной температуре в газовой фазе фосфор представлен в виде молекул Р4, имеющих форму равносторонних пирамид с углами по 60°. Связи между атомами ковалентные, неполярные. Каждый атом Р в молекуле связан стремя другими атомами?-связями.
Физические свойства : фосфор образует три аллотропных модификации: белый, красный и черный. Каждая модификация имеет свою температуру плавления и замерзания.
Химические свойства:
1) при нагревании Р4 обратимо диссоциирует:
2) свыше 2000 °C Р2 распадается на атомы:
3) фосфор образует соединения с неметаллами:
Непосредственно соединяется со всеми галогенами: 2Р + 5Cl2 = 2РCl5.
При взаимодействии с металлами фосфор образует фосфиды:
Соединяясь с водородом, образует газ фос-фин: Р4 + 6Н2 = 4РН3?.
При взаимодействии с кислородом образует ангидрид Р2О5: Р4 + 5О2 = 2Р2О5.
Получение: фосфор получают прокаливанием смеси Са3(Р O4)2 с песком и коксом в электропечи при температуре 1500 °C без доступа воздуха: 2Са3(РO4)2 + 1 °C + 6SiO2 = 6СаSiO3 + 1 °CO + P4?.
В природе фосфор в чистом виде не встречается, а образуется в результате химической активности. Основными природными соединениями фосфора являются минералы: Са3(РO4)2 – фосфорит; Са3(РO4)2?СаF2 (или СаCl) или Са3(РO4)2?Са(ОН)2 – апатит. Велико биологическое значение фосфора. Фосфор входит в состав некоторых растительных и животных белков: белок молока, крови, мозговой и нервной ткани. Большое его количество содержится в костях позвоночных животных в виде соединений: 3Са3(РO4)2?Са(ОН)2 и 3Са3(РO4)2?СаСО3?Н2О. Фосфор является обязательным компонентом нуклеиновых кислот, играя роль в передачи наследственной информации. Фосфор содержится в зубной эмали, в тканях в форме лецитина – соединения жиров с фосфорноглицериновыми эфирами.
Сфера использования азотной кислоты весьма широка. Изготавливается такое вещество на специализированных химических заводах.
Производство очень обширное и сегодня можно купить такой раствор в очень больших количествах. Продается азотная кислота оптом только сертифицированными производителями.
Физические характеристики
Азотная кислота представляет собой жидкость, которая имеет специфический едкий запах. Плотность ее составляет 1,52 г/см3, а температура кипения равна 84 градусам. Процесс кристаллизации вещества происходит при -41 градусе Цельсия, которое затем превращается в вещество белого цвета.
Азотная кислота прекрасно растворяется в воде, и на практике можно получить раствор любой концентрации. Самым распространенным является 70-ти % соотношение вещества. Такая концентрация самая распространенная и применяется повсеместно.
Сильно насыщенная кислота способна выделять воздух токсичные соединения (оксиды азота). Они очень вредные и при обращении с ней следует соблюдать все меры предосторожности.
Концентрированный раствор данного вещества является сильным окислителем и может вступать в реакции со многими органическими соединениями. Так, при длительном воздействии на кожу она вызывает ожоги, которые образуются при разрушении белковых тканей.
Азотная кислота легко распадается при воздействии на нее тепла и света на оксид азота, воду и кислород. Как уже упоминалось, продукты такого распада очень токсичны.
Она очень агрессивна и вступает в химические реакции с большинством металлов, за исключением золота, платины и других подобных веществ. Данная особенность используется, чтобы разделять золото от других материалов, например серебра.
При воздействии с металлами она образует:
- нитраты;
- гидратированые оксиды (образование одного из двух типов веществ зависит от конкретного металла).
Азотная кислота — это очень сильный окислитель и поэтому данное свойство используют в промышленных процессах. В большинстве случаев она применяется как водный раствор различной концентрации.
Азотная кислота играет важную роль при получении азотных удобрений, а также используется, чтобы растворять различные руды и концентраты. Также входит в процесс получения серной кислоты.
Она является важным компонентом «царской водки», вещества, которое способное растворять золото.
Синтез азотной кислоты смотрим в видео:
Азотистая кислота - это одноосновная слабая кислота, которая может существовать только в разбавленных водных растворах голубого цвета и в газовой форме. Соли данной кислоты называют азотистокислым или нитритами. Они токсичны и более устойчивы, чем сама кислота. Химическая формула данного вещества выглядит так: HNO2.
Физические свойства:
1. Молярная масса равна 47 г/моль.
2. равна 27 а.е.м.
3. Плотность составляет 1,6.
4. Температура плавления равна 42 градусам.
5. Температура кипения равна 158 градусам.
Химические свойства азотистой кислоты
1. Если раствор с азотистой кислотой нагреть, то произойдет следующая химическая реакция:
3HNO2 (азотистая кислота) = HNO3 (кислота азотная) + 2NO выделяется в виде газа)+ H2O (вода)
2. В водных растворах диссоциирует и легко вытесняется из солей более сильными кислотами:
H2SO4 (серная кислота) + 2NaNO2 (нитрит натрия) = Na2SO4 (сульфат натрия) + 2HNO2 (азотистая кислота)
3. Рассматриваемое нами вещество может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. При воздействии на него более сильных окислителей (например: хлор, пероксид водорода H2O2, окисляется до азотной кислоты (в некоторых случаях происходит образование соли азотной кислоты):
Восстановительные свойства:
HNO2 (азотистая кислота) + H2O2 (пероксид водорода) = HNO3 (азотная кислота) + H2O (вода)
HNO2 + Cl2 (хлор) + H2O (вода) = HNO3 (кислота азотная) + 2HCl (соляная кислота)
5HNO2 (азотистая кислота)+ 2HMnO4 = 2Mn(NO3)2 (нитрат марганца, соль азотной кислоты) + HNO3 (кислота азотная) + 3H2O (вода)
Окислительные свойства:
2HNO2 (азотистая кислота)+ 2HI = 2NO (оксид кислорода, в виде газа) + I2 (йод) + 2H2O (вода)
Получение азотистой кислоты
Данное вещество можно получить несколькими способами:
1. При растворении азота оксида (III) в воде:
N2O3 (оксид азота) + H2O (вода) = 2HNO3 (азотистая кислота)
2. При растворении азота оксида (IV) в воде:
2NO3 (оксид азота) + H2O (вода) = HNO3 (азотная кислота) + HNO2 (азотистая кислота)
Применение азотистой кислоты:
- диазотирование ароматических первичных аминов;
- производство солей диазония;
- в синтезе органических веществ (например, для производства органических красителей).
Воздействие азотистой кислоты на организм
Данное вещество токсично, обладает ярким мутагенным эффектом, так как по сути своей является деаминирующим агентом.
Что такое нитриты
Нитриты - это различные соли азотистой кислоты. К воздействию температур они менее устойчивы, чем нитраты. Необходимы при производстве некоторых красителей. Применяются в медицине.
Особенное значение приобрел для человека нитрит натрия. Это вещество имеет формулу NaNO2. Используется в качестве консерванта в пищевой промышленности при производстве изделий из рыбы и мяса. Представляет собой порошок чистого белого или слегка желтоватого цвета. Нитрит натрия гигроскопичен (исключение составляет очищенный нитрит натрия) и хорошо растворяется в H2O (воде). На воздухе способен постепенно окислиться до имеет сильные восстановительные свойства.
Натрия нитрит применяется в:
- химическом синтезе: для получения диазо-аминных соединений, для дезактивирования избытка натрия азида, для получения кислорода, натрия оксида и натрия азота, для поглощения углекислого газа;
- в производстве пищевых продуктов (пищевая добавка Е250): в качестве антиокислителя и антибактериального агента;
- в строительстве: в качестве противоморозной добавки к бетону в изготовлении конструкций и строительных изделий, в синтезе органических веществ, в роли ингибитора коррозии атмосферной, в производстве каучуков, попперсов, раствора добавки для взрывчатых веществ; при обработке металла для снятия слоя олова и при фосфатировании;
- в фотографии: как антиокислитель и реагент;
- в биологии и медицине: сосудорасширяющее, спазмолитическое, слабительное, бронхолитическое; как антидот при отравлении животного или человека цианидами.
В настоящее время также используются и другие соли азотистой кислоты (например, нитрит калия).
: моногидрат (HNO 3 ·H 2 O) и тригидрат (HNO 3 ·3H 2 O).
Физические и физико-химические свойства
Фазовая диаграмма водного раствора азотной кислоты.
Азот в азотной кислоте четырёхвалентен , степень окисления +5. Азотная кислота — бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C с частичным разложением. Растворимость азотной кислоты в воде не ограничена. Водные растворы HNO 3 с массовой долей 0,95-0,98 называют «дымящей азотной кислотой», с массовой долей 0,6-0,7 — концентрированной азотной кислотой. С водой образует азеотропную смесь (массовая доля 68,4 %, d 20 = 1,41 г/см, T кип = 120,7 °C)
При кристаллизации из водных растворов азотная кислота образует кристаллогидраты:
- моногидрат HNO 3 ·H 2 O, T пл = −37,62 °C
- тригидрат HNO 3 ·3H 2 O, T пл = −18,47 °C
Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации:
- моноклинная , пространственная группа P 2 1 /a, a = 1,623 нм, b = 0,857 нм, c = 0,631, β = 90°, Z = 16;
Моногидрат образует кристаллы ромбической сингонии , пространственная группа P na2, a = 0,631 нм, b = 0,869 нм, c = 0,544, Z = 4;
Плотность водных растворов азотной кислоты как функция её концентрации описывается уравнением
где d — плотность в г/см³, с — массовая доля кислоты. Данная формула плохо описывает поведение плотности при концентрации более 97 %.
Химические свойства
Высококонцентрированная HNO 3 имеет обычно бурую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения:
При нагревании азотная кислота распадается по той же реакции. Азотную кислоту можно перегонять (без разложения) только при пониженном давлении (указанная температура кипения при атмосферном давлении найдена экстраполяцией).
в) вытесняет слабые кислоты из их солей:
При кипении или под действием света азотная кислота частично разлагается:
Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, при этом азот восстанавливается до степени окисления от +4 до −3. Глубина восстановления зависит в первую очередь от природы восстановителя и от концентрации азотной кислоты. Как кислота-окислитель, HNO 3 взаимодействует:
Нитраты
Азотная кислота является сильной кислотой. Её соли — нитраты — получают действием HNO 3 на металлы, оксиды , гидроксиды или карбонаты . Все нитраты хорошо растворимы в воде. Нитрат-ион в воде не гидролизуется.
Соли азотной кислоты при нагревании необратимо разлагаются, причём состав продуктов разложения определяется катионом:
а) нитраты металлов, стоящих в ряду напряжений левее магния:
б) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений между магнием и медью :
в) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений правее :
Нитраты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств, но при высокой температуре в твердом состоянии являются сильными окислителями, например, при сплавлении твердых веществ:
Исторические сведения
Методика получения разбавленной азотной кислоты путём сухой перегонки селитры с квасцами и медным купоросом была, по видимому, впервые описана трактатах Джабира (Гебера в латинизированных переводах) в VIII веке . Этот метод с теми или иными модификациями, наиболее существенной из которых была замена медного купороса железным , применялся в европейской и арабской алхимии вплоть до XVII века .
В XVII веке Глаубер предложил метод получения летучих кислот реакцией их солей с концентрированной серной кислотой, в том числе и азотной кислоты из калийной селитры , что позволило ввести в химическую практику концентрированную азотную кислоту и изучить её свойства. Метод
Азотная кислота – сильная кислота. Представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом. В небольших количествах образуется при грозовых разрядах и присутствует в дождевой воде.
Под действием света она частично разлагается:
4 HNO 3 = 4 NO 2 + 2 H 2 O + O 2
Азотную кислоту в промышленности получают в три стадии. На первой стадии происходит контактное окисление аммиака до оксида азота (П):
4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O
На второй стадии происходит окисление оксида азота (П) до оксида азота (IV) кислородом воздуха:
2NO + O 2 = 2NO 2
На третьей стадии оксид азота (IV) поглощается водой в присутствии O 2:
4NO 2 + 2H 2 O + O 2 = 4HNO 3
В результате получается 60-62% -ная азотная кислота. В лаборатории её получают действием концентрированной азотной кислоты на нитраты при слабом нагревании:
NaNO 3 + H2SO 4 = NaHSO 4 + HNO 3
Молекула азотной кислоты имеет плоское строение. В ней имеется четыре связи с атомом азота:
Однако два атома кислорода равноценны, так как между ними четвёртая связь атома азота делится поровну, а перешедший от него электрон принадлежит им в равной степени. Таким образом, формулу азотной кислоты можно представить в виде:
Азотная кислота является одноосновной кислотой, образует только средние соли – нитраты. Азотная кислота проявляет все свойства кислот: реагирует с оксидами металлов, гидроксидами, солями:
2HNO 3 + CuO = Cu(NO 3) 2 + H 2 O
2HNO 3 + Ba(OH) 2 = Ba(NO 3) 2 + 2H 2 O
2HNO 3 + CaCO 3 = Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O
Концентрированная азотная кислота реагирует со всеми металлами (кроме золота, платины, палладия) с образованием нитратов, оксида азота (+4). воды:
Zn + 4HNO 3 = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Формально концентрированная азотная кислота не реагирует с железом, алюминием, свинцом, оловом, но на их поверхности она образует оксидную плёнку, предохраняющую растворение общей массы металла:
2Al + 6HNO 3 = Al 2 O 3 + 6NO 2 + 3H 2 O
В зависимости от степени разбавленности, азотная кислота образует следующие продукты реакции:
3Mg + 8HNO 3 (30%) = 3Zn(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O
4Mg + 10HNO 3 (20%) = 4Zn(NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O
Сильно разбавленная азотная кислота с активными металлами образует соединения азота (-3), по сути: аммиак, но вследствие избытка азотной кислоты он образует нитрат аммония:
4Ca + 10HNO 3 = 4Ca(NO 3) 2 + NH4NO 3 + 3H 2 O
Активные металлы с сильно 
разбавленной кислотой на холоде могут образовывать азот:
5Zn + 12HNO 3 = 5Zn(NO 3) 2 + N 2 + 6H 2 O
Металлы: золото, платина, палладий реагируют с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной соляной кислоты:
Au + 3HCl + HNO 3 = AuCl3 + NO + 2H 2 O
Азотная кислота, как сильный окислитель, окисляет простые вещества – неметаллы:
6HNO 3 + S = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O
2HNO 3 + S = H 2 SO 4 + 2NO
5HNO 3 + P = H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O
Кремний окисляется азотной кислотой до оксида:
4HNO 3 + 3Si = 3SiO 2 + 4NO + 2H 2 O
В присутствии фтористоводородной кислоты азотная кислота растворяет кремний:
4HNO 3 + 12HF + 3Si = 3SiF 4 + 4NO + 8H 2 O
Азотная кислота способна окислять сильные кислоты:
HNO 3 + 3HCl = Cl 2 + NOCl + 2H 2 O
Азотная кислота способна окислять как слабые кислоты, так и сложные вещества:
6HNO 3 + HJ = HJO 3 + NO 2 + 3H 2 O
FeS + 10HNO 3 = Fe(NO 3) 2 + SO 2 + 7NO 2 + 5H 2 O
Соли азотной кислоты – нитраты хорошо растворимы в воде. Соли щелочных металлов и аммония называются селитрами . Нитраты обладают менее сильной окислительной активностью, однако в присутствии кислот могут растворять даже неактивные металлы:
3Cu + 2KNO 3 + 4H 2 SO 4 = 3CuSO 4 + K 2 SO 4 + 2NO + 4H 2 O
Нитраты в кислой среде окисляют соли металлов с меньшей валентностью до их солей с высшей валентностью:
3FeCl 2 + KNO 3 + 4HCl = 3FeCl 3 + KCl + NO + 2H 2 O
Характерной особенностью нитратов является образование кислорода при их разложении. При этом продукты реакции могут быть различны и зависеть от положения металла в ряду активности. Нитраты первой группы (от лития до алюминия) разлагаются с образованием нитритов и кислорода:
2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2
Нитраты второй группы (от алюминия до меди) разлагаются с образованием оксида металла, кислорода и оксида азота (IV):
2Zn(NO 3)2 = 2ZnO + 4NO2 + O 2
Нитраты третьей группы (после меди) разлагаются на металл, кислород и оксид азота (IV):
Hg(NO 3) 2 = Hg + 2NO 2 + O 2
Нитрат аммония при разложении не образует кислород:
NH 4 NO 3 = N 2 O+ 2H 2 O
Сама же азотная кислота разлагается по механизму нитратов второй группы:
4HNO 3 = 4NO 2 + 2H 2 O + O 2
Если у Вас есть вопросы, приглашаю Вас на свои уроки химии. Записывайтесь в расписании на сайте .
сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.
