Азотная кислота свойства

Азотная кислота это химическое соединение водорода H, азота N и кислорода O, формула азотной кислоты HNO₃. Химически чистая кислота тяжелая бесцветная жидкость.

Получают тремя способами: действием серной кислоты на нитраты, окислением аммиака и дуговым способом.

Что такое азотная кислота

Чистая азотная кислота — бесцветная жидкость уд. веса 1,53, кипящая при 86°, а при —41° застывающая в прозрачную кристаллическую массу, образуя две кристаллические модификации с моноклинной и ромбической решётками.

На воздухе она, подобно концентрированной соляной кислоте, «дымит», так как пары ее образуют с влагой воздуха мелкие капельки тумана.

С водой азотная кислота смешивается в любом отношении, причем 68%-ный раствор кипит при 120,5° и перегоняется без изменения.

Серная кислота и азотная кислота образует кислотное соединение меланж.

1. Меланж — окислитель для ракетного топлива из концентрированной азотной кислоты с добавкой растворённого в ней амила.
2. Меланж — использующаяся для нитрования смесь концентрированных азотной и серной кислот в соотношении примерно 9 объёмных частей к 1.

Такой состав имеет обыкновенная продажная азотная кислота уд. веса 1,4. Концентрированная кислота, содержащая 96—98% HNO₃ и окрашенная растворенной в ней двуокисью азота в красно-бурый цвет, известна под названием дымящей азотной кислоты.

Азотная кислота не отличается особенной химической прочностью. Уже под влиянием света она постепенно разлагается на воду, кислород и двуокись азота:

4HNO₃ = 2Н₂O + 4NO₂ + O₂

Чем выше температура и чем концентрированнее кислота, тем быстрее идет разложение. Поэтому получаемая из селитры азотная кислота всегда бывает окрашена двуокисью азота в желтоватый цвет.

Чтобы избежать разложения, перегонку ведут под уменьшенным давлением, под которым азотная кислота закипает при температуре, близкой к 20°.

Азотная кислота принадлежит к числу наиболее сильных кислот; в разбавленных растворах она сполна распадается на ионы Н^• и NO₃‘.

Химические свойства азотной кислоты

Самым характерным свойством азотной кислоты является ее ярко выраженная окислительная способность. Азотная кислота — один из энергичнейших окислителей.

Многие металлоиды легко окисляются ею, превращаясь в соответствующие кислоты.

Примером может служить, сера при кипячении с азотной кислотой постепенно окисляется в серную кислоту, фосфор — в фосфорную и т. д.

Тлеющий уголек, погруженный в концентрированную азотную кислоту, не только не гаснет, но ярко разгорается, разлагая кислоту с образованием красно-бурой двуокиси азота.

Иногда при окислении выделяется так много тепла, что окисляющееся вещество само собой загорается без предварительного подогревания.

Пример окислительных свойств азотной кислоты

Нальем, например, в фарфоровую чашку немного дымящей азотной кислоты, поставим чашку на дно широкого стакана и, набрав в пипетку скипидара, будем по каплям пускать его в чашку с кислотой.

Каждая капля, попадая в кислоту, воспламеняется и сгорает, образуя большое пламя и облако копоти (рис. 2). Нагретые древесные опилки также загораются от капли дымящей азотной кислоты.

Азотная кислота действует почти на все металлы, за исключением золота, платины и некоторых редких металлов, превращая их в азотнокислые соли.

Так как последние растворимы в воде, то азотной кислотой постоянно пользуются на практике для растворения металлов, особенно таких, как медь, серебро, свинец, на которые другие кислоты не действуют или действуют очень медленно.

Как получить азотную кислоту

1. В лабораторных условиях азотную кислоту получают действием концентрированной серной кислоты на нитраты, в основном это нитрат калия KNO₃, нитрат натрия NaNO₃, а также нитрат аммония NH₄NO₃.

Для этого нитрат помещают в перегоночную колбу и добавляют с излишком серную кислоту, реакция протекает при нагревании, поэтому полученная кислота имеет желтоватый цвет из за частичного разложения кислоты.

Реакция получения азотной кислоты и нитратов:

NaNО₃ + H₂SО₄ = NaHSО₄ + HNО₃

2. В промышленных масштабах азотную кислоту получают в несколько этапов окислением аммиака NH₃.

При 750° и определенном составе смеси происходит почти количественное превращение аммиака в окись азота:

4NH₃ + 5О₂ = 4NO + 6Н₂О + 216,7 ккал

Окись азота легко переходит в двуокись азота, которая с водой образует техническую азотную кислоту, это основной промышленный способ получения.

3. Азотную кислоту можно получить из воздуха дуговым методом. В основе этого метода, впервые технически осуществленного в Норвегии в 1905 г., лежит описанная в реакция непосредственного соединения азота с кислородом.

Необходимая для этой реакции высокая температура получается при помощи электрической душ, питаемой мощным источником электрического тока.

Вещества с которыми взаимодействует азотная кислота

Азотная кислота является одним из ключевых химических соединений, способных взаимодействовать с солями, основаниями и неметаллами.

А также взаимодействует с многими металлами, кроме благородных исключение серебро, палладий.

Пример взаимодействия с фосфором где образуется фосфорная кислота:

P + 5HNO3 → H3PO4 + 5 NO2 + H2O

а при окислении серы образуется серная кислота:

S + 2HNO₃ = H₂SO₄ + 2NO

Одной из интересных особенностей данного химического соединения является его способность к бурным реакциям с веществами из группы органических соединений.

Этим свойством азотной кислоты ученые и химики активно пользуются в множестве областей, включая химическую синтез и промышленность.

Азотная кислота с металлами

Замечательно, что, как нашел еще М В, Ломоносов, некоторые металлы (железо, алюминий и др.), легко растворяющиеся в разбавленной азотной кислоте, не растворяются в холодной концентрированной азотной кислоте.

По видимому, это происходит вследствие образования на их поверхности тонкого, очень плотного слоя окисла, защищающего металл от дальнейшего действия кислоты.

Такие металлы после обработки их концентрированной азотной кислотой становятся «пассивными», т. е. утрачивают способность растворяться также и в разбавленных кислотах.

Концентрированная азотная кислота реагирует со всеми металлами (кроме золота, платины, палладия) с образованием нитратов и оксида азота (+4) воды:

Zn + 4HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Фактически концентрированная азотная кислота не реагирует с железом, алюминием, свинцом, оловом, но на их поверхности она образует оксидную плёнку, предохраняющую растворение общей массы металла:

2Al + 6HNO₃ = Al₂O₃ + 6NO₂ + 3H₂O

В зависимости от степени разбавленности, азотная кислота образует следующие продукты реакции:

3Mg + 8HNO₃ (30%) = 3Zn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

4Mg + 10HNO₃ (20%) = 4Zn(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O

В чем проявляются окислительные свойства азотной кислоты

Окислительные свойства азотной кислоты обусловливаются неустойчивостью ее молекул и присутствием в них азота в его высшем состоянии окисления, отвечающем положительной валентности, равной 5.

Производя окисление, азотная кислота последовательно восстанавливается в следующие соединения:

HNO₃→NO₂→HNO₂→NO→N₂O→N₂→NH₃

Степень восстановления азотной кислоты зависит как от ее концентрации, так и от % активности восстановителя.

Чем более кислота разбавлена, тем сильнее она восстанавливается. Концентрированная азотная кислота всегда восстанавливается до оксида азота NO₂.

Разбавленная азотная кислота восстанавливается обычно до NO или при действии более активных металлов, как, например, Fe, Zn, Mg, — до N₂O.

Если же кислота очень разбавлена, то главным продуктом восстановления является NH₃, образующий с избытком кислоты аммонийную соль NH₄NO₃.

Реакция окисления азотной кислотой

Уравнение реакции азотной кислоты;

1) Pb + HNO₃ → Pb(NO₃)₂ + NO₂ + Н₂O

2) Сu + HNO₃ (разбавл.) → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

3) Mg + HNO₃ (разбавл.) → Mg(NO₃)₂ + N₂O + H₂O

4) Zn + HNO₃ (очень разбавл.)→ Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + H₂O

Учащемуся рекомендуется самому составить полные уравнения этих реакций.

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

При окислении серы азотная кислота обычно восстанавливается до NO.

Например:

S + 2HNO₃ = H₂SO₄ + 2NO

Приведенные выше схемы иллюстрируют наиболее типичные случаи окислительного действия азотной кислоты.

Вообще же необходимо заметить, что все реакции окисления, идущие с участием азотной кислоты, протекают очень сложно вследствие одновременного образования различных продуктов восстановления и до сих пор не могут считаться вполне выясненными.

Царская водка

Смесь, состоящая из 1 объема азотной и 3 объемов соляной кислоты, называется царской водкой.

Царская водка растворяет некоторые металлы, не растворяющиеся в азотной кислоте, в том числе и «царя металлов» — золото.

Действие ее объясняется тем, что азотная кислота окисляет соляную кислоту с выделением свободного хлора и образованием хлористого нитрозила NOCl:

HNO₃ + 3HCl = Сl₂ + 2Н₂O + NOCl

Хлористый нитрозил является промежуточным продуктом реакции и разлагается на окись азота и хлор:

2NOCl = 2NO + Сl₂

Выделяющийся хлор соединяется с металлами, образуя хлориды металлов, поэтому при растворении металлов в царской водке получаются соли соляной, а не азотной кислоты:

Au + 3HCl+ HNO₃ = AuCl₃ +NO + 2H₂O

Взаимодействие азотной кислоты с органическими веществами

На многие органические вещества азотная кислота действует таким образом, что один или несколько атомов водорода в молекуле органического соединения замещаются нитрогруппами — NO₂.

Этот процесс, получивший название нитрования, играет чрезвычайно важную роль в органической химии.

На этом основано получение нитро соединений, важнейшие из них:

1.Тринитроглицерин или динамит, взрывчатое вещество, взрывается от удара, сотрясения, огня.

Для того , чтобы обезопасить его взрывные свойства добавляют аммиачную селитру.

2. Тринитротолуол и тринитробензол или тол, тратил — взрывчатое вещество которое взрывается от сильного удара (инициирующие взрывчатые вещества).

3. Тринитрофенол аналогично динамиту тоже нестабильно и может взорваться от удара или сотрясения, использовался до изобретения тратила в наполнении снарядов, что иногда приводило к разрыву орудий.

4. Динитрофенол — стабилен к ударам и поджиганию горит но не взрывается, детонирует только от воздействия инициирующих взрывчатых веществ.

5. Тринитроклетчатка или тринитроцеллюлоза — пироксилин взрывчатое вещество.

6. Пироксилиновый порох это смесь динамита с пироксилином, и т.д.

Азотный ангидрид

При действии на азотную кислоту фосфорного ангидрида последний отнимает от азотной кислоты элементы воды и в результате образуются азотный ангидрид и метафосфорная кислота.

2HNO₃ + P₂O₅ = N₂O₅ + 2HPO₃

Это не стойкое твердое взрывчатое вещество в виде бесцветных ромбических кристаллов, при комнатной температуре разлагается на диоксид азота и кислород быстрое нагревание приводит к взрыву.

Получение азотного ангидрита

Пропусканием сухого хлора над сухим нитратом серебра:

AgNO₃ + 2 Cl₂ → 4 AgCl + 2N₂O₅ + O₂

4 AgNO₃ + 2 Cl₂ → 4 AgCl + 2N₂O₅ + O₂, ( в данной реакции может образоваться хлорид серебра и хлорнитрат).

Путём взаимодействия оксида азота(IV) с озоном:

2 NO₂ + O₃ → N₂O₅ + O₂

2 NO₂ + O₃ → N₂O₅ + O₂

Промышленное получение осуществляется электролизом азотной кислоты в присутствии тетроксида диазота:

2 HNO3 → N₂O₅ + H₂O

2 HNO₃ → N₂O₅ + H₂O.

Растворы азотного ангидрида в неполярных растворителях, например, в четырёххлористом углероде применяются в качестве мягкого нитрующего агента.

Для чего нужна азотная кислота

Азотная кислота является самым важным соединением азота благодаря разнообразному применению, которое она находит в народном хозяйстве.

В больших количествах азотная кислота расходуется в производстве азотных удобрений и органических красителей.

Она применяется как окислитель во многих химических процессах, используется в производстве серной кислоты по нитрозному способу, служит для растворения металлов, для получения нитратов, применяется для изготовления целлюлозных лаков, кинопленки и в ряде других химических производств.

Азотная кислота идет также на изготовление бездымного пороха и взрывчатых веществ, необходимых для обороны страны и широко используемых в горнорудном деле и при различных земляных работах (строительство каналов, плотин и т. п.).

Задача

Определите массу раствора азотной кислоты

Определите массу раствора азотной кислоты с массовой долей HNO₃ , равной 50%, необходимой для получения нитрата аммония массой 1 тонны.

Решение

HNO₃ + NH₃ = NH₄NO₃

n(NH₄NO₃) = m / M = 1000 кг / 80 = 12, 5 кмоль

n(NH₄NO₃) = n(HNO₃) = 12, 5 кмоль

m вещества (HNO₃) = M • n = 63 • 12, 5 = 787, 5 кг

m раствора (HNO₃) = m вещества (HNO₃) / w = 787, 5 / 0, 5 = 1575 кг

Ответ : 1575 кг.

Как различить соляную серную и азотную кислоты

Соляная кислота в реакциях с растворимыми в воде солями серебра дает нерастворимый осадок хлорида серебра AgCl, эта реакция используется как качественная для определения серебра в растворе и соляной кислоты.

AgNO₃ + HCl → HNO₃ + AgCl

Азотная кислота (разбавленная) реагирует с медью с образованием бурого дыма, в состав которого входит оксид азота и азотная кислота.

Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO₂↑ + H₂O

Серная кислота концентрированная на вид маслянистая тяжелая жидкость без запаха, на воздухе не дымит, для определения нужно произвести качественную реакцию на сульфат-ион – реакция с хлоридом бария.

Для этого в пробирку с серной кислотой нужно добавить хлорид бария если это серная кислота то на дно колбы выпадет осадок.

BaCl₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + 2 HCl

Почему азотная кислота не образует кислых солей?

Азотная кислота не образует кислых солей потому, что она является одноосновной кислотой, т. е. имеет всего один катион водорода, который и замещается при образовании соли.

Одноосновные кислоты образуют одну кислую соль, двухосновные — две.

Быстрые ответы?