Азотная кислота, нитриты и их свойства

Азотная кислота – бесцветная жидкость, уд. веса 1,53 г/см³ , кипящая при 86⁰С, а при -41⁰С застывающая в прозрачную кристаллическую массу.

HNO₃ принадлежит к числу наиболее сильных кислот. Смешивается с водой во всех отношениях. Характерной особенностью азотной кислоты является её неустойчивость. На свету и при нагревании разлагается по схеме

4HNO₃ = 2H₂O + O₂ + 4NO₂

Чем выше температура и чем концентрированнее кислота, тем быстрее идёт её разложение.

В концентрированном состоянии азотная кислота обладает сильными окислительными свойствами и при работе с ней следует соблюдать крайнюю осторожность.

Выступая в качестве окислителя HNO₃ может восстанавливаться до различных продуктов:

+IV +III +II +I 0 -III

NO₂ N₂O₃ NO N₂O N₂ NH₄NO₃

Какое из этих веществ образуется, то есть насколько глубоко восстанавливается азотная кислота в том или ином случае, зависит от концентрации кислоты. Чем выше концентрация HNO₃, тем менее глубоко она восстанавливается. При реакциях с концентрированной кислотой чаще всего выделяется NO₂ . При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами, например, с медью, выделяется – NO. В случае более активных металлов – железа, цинка, - образуется N₂O . Сильно разбавленная азотная кислота взаимодействует с активными металлами – цинком, магнием, алюминием – с образованием иона аммония, дающего с кислотой нитрат аммония. Обычно одновременно образуются несколько продуктов.

Для иллюстрации приведены схемы нескольких реакций восстановления азотной кислоты:

NO^-₃ + 2H⁺ + e = NO₂ + H₂O

NO^-₃ + 4H⁺ +3e = NO + H₂O

2NO^-₃ + 10H⁺ +8e = N₂O + 5H₂O

NO^-₃ + 10H⁺ + 8e = NH⁺₄ + 3H₂O

Следует отметить, что при действии разбавленной азотной кислоты на металлы водород, как правило, не выделяется.

Большинство солей азотной кислоты представляет собой хорошо растворимые в воде соли. При нагревании в сухом виде они разлагаются, характер продуктов разложения зависит от природы металла, образующего нитрат. Так, нитраты щелочных и щелочноземельных металлов (Са, Sr,Ba) образуют более устойчивые нитриты и кислород:

2KNO₃ = 2KNO₂ + O₂

Ba(NO₃)₂ = Ba(NO₂)₂ + O₂

Нитриты металлов в ряду напряжений от Mg до Cu мало устойчивы, поэтому при нагревании они разлагаются с образованием более устойчивых оксидов.

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂

2Pb(NO₃)₂ = 2PbO + 4NO₂ + O₂

Оксиды ещё менее активных металлов (HgО, Ag₂O) легко разлагаются при нагревании на металлы и кислород.

Нагревание нитратов этих металлов идет по уравнениям:

2AgNO₃ = 2Ag + 2NO₂ + O₂

Hg(NO₃)₂ = Hg + 2NO₂ + O₂

Опыт 7. Действие азотной кислоты на медь.

Выполнение работы. Внесите в пробирку 3-4 капли концентрированной азотной кислоты (уд. вес 1,4 г/см³) и маленький кусочек медной стружки. В другую пробирку внесите 2 капли 2н раствора азотной кислоты и столько же воды. Полученный 1н раствор размешать стеклянной палочкой, после чего внести в него кусочек медной стружки. Пробирку с разбавленной азотной кислотой слегка подогреть. Обе пробирки держать на фоне белого листа бумаги. Отметить различие в протекании реакций в обоих случаях.

Запись данных опыта. Какой газ выделяется в первой пробирке, какой – во второй? Написать уравнения соответствующих реакций. Чем объяснить легкое пожелтение выделяющегося газа во второй пробирке в начале реакции?

Опыт 8. Действие азотной кислоты на цинк.

Выполнение работы. Внесите в пробирку немного концентрированной азотной кислоты и кусочек цинка. В другую пробирку прилейте немного разбавленной кислоты и внесите кусочек цинка. Если выделяется газ, то добавьте воды. Пробирку оставьте стоять на 8-10 минут.

Запись данных опыта. Какой газ выделяется в первой пробирке? Написать уравнение реакции. Доказать, что одним из продуктов реакции во второй пробирке является соль аммония. Написать уравнения реакций.

Опыт 9. Разложение нитрата калия.

Выполнение работы. В пробирку поместить несколько кристалликов нитрата калия. Пробирку укрепить вертикально в штативе и нагреть до расплавления соли и начала выделения пузырьков газа. Внести в пробирку тлеющую лучинку. Какой газ выделяется? Продолжить нагревание до прекращения выделения газа. Доказать образование нитрита калия при разложении нитрата. Для этого по охлаждении пробирки внести в неё 4-6 капель воды и, помешивая стеклянной палочкой растворить твердый осадок. По 2-3 капли полученного раствора внести в две пробирки, в одной из которых содержится 3-4 капли раствора иодида калия, подкисленного двумя каплями 2н серной кислоты, а в другую 3-4 капли также подкисленного раствора перманганата калия. Отметить, как изменилась окраска растворов в первом и во втором случае. Указать причину этого.

Запись данных опыта. Описать наблюдаемые явления и объяснить их. Написать уравнения проведенных реакций.

Опыт 10. Разложение нитрата свинца.

Выполнение работы. В пробирку поместить 1-2 микрошпателя сухой соли нитрата свинца. Пробирку укрепить в штативе горизонтально и осторожно нагреть. Какой газ выделяется? Внести тлеющую лучинку в отверстие пробирки. Что наблюдается?

Запись данных опыта. Сделать вывод о составе газообразных продуктов разложения нитрата свинца. Какое вещество осталось в пробирке? Указать его цвет и написать его формулу. Написать уравнение реакции разложения нитрата свинца. Указать окислитель и восстановитель.

Опыт 11. Разложение нитрата серебра.

Выполнение работы. (Выполняется группой). В пробирку поместить несколько кристалликов нитрата серебра. Пробирку укрепить горизонтально в штативе. Нагреть соль до разложения. Отметить окраску выделяющихся газообразных продуктов и исследовать их тлеющей лучинкой. Что наблюдается?

Запись данных опыта. Какие газы выделяются при разложении нитрата серебра? Написать уравнение реакции, учитывая, что кроме газообразных продуктов получается кристаллическое серебро.

Опыт 12. Горение угля и серы в расплавленной селитре.

Выполнение работы. В пробирку поместить около 1/8 её объёма нитрата калия. Пробирку вертикально укрепить в штативе. Нагреть соль до расплавления и бросить в расплав маленький кусочек угля. Пробирку продолжать нагревать. Как только уголь загорится, бросить в пробирку маленький кусочек серы.

Запись данных опыта. Описать наблюдаемые явления. Объяснить причину энергичного сгорания угля и серы. Написать уравнения реакции горения угля и серы в расплавленной селитре.