Азотная кислота
Определение №1 Азотная кислота – одноосновный кислородсодержащий гидроксид.
Строение молекулы азотной кислоты
Молекула азотки состоит из атома водорода (валентность – I), трех атомов кислорода (валентность – III) и атома азота (валентность – IV). Кислород обладает наибольшей электроотрицатльностью, поэтому, электронная плотность смещается в его сторону. Кислороды, связанные только с атомом азота, поочередно образуют двойную связь с ним, поэтому, изображение структуры молекулы должно отражать оба резонансных состояния.
Физические свойства азотной кислоты
HNO3 – прозрачная жидкость, растворяющаяся в воде в любом соотношении.
Заметка №1 Концентрированный азотный гидроксид способен «дымить» - испарятся. Поэтому флакон с ней всегда должна храниться в вытяжном шкафу. Дышать над открытой емкостью с веществом опасно для жизни!
Физические параметры вещества
|
Параметр |
Значение |
|
|
Температура |
Плавления |
−41,59 °C |
|
Кипения |
+82,6 °C |
|
|
Разложения |
+260 °C |
|
|
Плотность |
1,513 г/см³ |
|
|
Агрегатное состояние |
Жидкость |
|
- Моноклинальная. Пространственно атомы молекулы образуют прямоугольники располагаясь под прямыми углами.
- Ромбическая.
Плотность раствора зависит от концентрации. Это табличное значение, которое можно найти в справочниках.
Заметка №2 На свету высококонцентрированная азотная кислота имеет бурый цвет, так как начинает разлагаться с образованием бурого оксида азота.
Химические свойства азотной кислоты
Вещество проявляет как стандартные реакции для класса, так и имеет специфические свойства. К обычным реакциям можно отнести:
1. Взаимодействие с основными оксидами (оксиды металлов):
Кислота + основный оксид = соль + вода
HNO3 + CaO → Ca(NO3)2 + H2O
2. Взаимодействие с амфотерными оксидами (так же, как и с основными):
HNO3 + ZnO → Zn(NO3)2 + H2O
3. Взаимодействие с основаниями:
Кислота + основание = соль + водаHNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
4. Взаимодействие с солями:
Кислота + соль = новая к. (должна распадаться) + новая соль
HNO3 + K2CO3 → KNO3 + H2O + CO2
Заметка №3 Реакция возможна только с солями слабых кислот (соляная, сернистая), которые при образовании распадаются на оксид и воду.
Специфические химические свойства азотной кислоты
К специфическим реакциям азотного гидроксида относится реакция разложения и специфика взаимодействий с металлами.
- Реакция разложения. Температура кипения вещества очень низкая. В результате, она способная разлагаться при небольшом нагреве или на солнце по реакции:
4 HNO3 → 2 H2O + 4 NO2 + O2
Заметка 4 Образующийся в результате реакции оксид азота IV – бурый газ. Из-Его выделение именуют «лисий хвост» за характерный цвет и форму. Это сильно токсичное вещество с резким запахом. При вдыхании вызывает раздражение слизистой дыхательных путей и отек легких.
- При написании реакции взаимодействия с металлом нужно учитывать два фактора – концентрацию кислоты и положение металла в ряду активности.
Заметка №5 Благородные металлы способны растворять смесь азотной и соляной кислот в соотношении 1:3. Такая смесь называется «царская водка».
2. Железо, хром, алюминий, кобальт, никель, марганец, бериллий не реагируют с концентрированной HNO3 (пассивируют), но могут вступать во взаимодействие с разбавленной.
3. Концентрированная к. (от 80%) + метал (независимо от расположения в ряду активности) = NO2 + соль + вода
2HNO3 + Cu → NO2 + Cu(NO3)2 + H2OЗаметка №6 В таких условиях происходит окисление Fe и Cr до +3:
3HNO3 + Cr → NO2 + Cu(NO3)3 + H2O
4. Разбавленная HNO3 (концентрация 10 – 40%) + активный металл (от Li до Zn в ряду активности) = N2 + соль + вода
HNO3 + Na → N2 + NaNO3 + H2O
5. Разбавленная к. (концентрация 10 – 40%) + металл средней активности (от Fe до Pd в ряду активности) = N2O+ соль + вода
2HNO3 + Sn → N2O + Sn(NO3)2 + H2O
Заметка №7 Разбавленная к. окисляет Fe и Cr до +2:
2HNO3 + Cr → N2O + Cr(NO3)2 + H2O
6. Разбавленная к. (концентрация 10 – 40%) + слабый металл (после водорода в ряду активности металлов) = NO + соль + вода
2HNO3 + Cu → NO + Cu(NO3)2 + H2O
7. Сильноразбавленная к. (концентрация менее 5%) взаимодействует только с металлами до водорода. В результате образуется NH4NO3 (нитрат аммония) + соль + вода
HNO3 + Li → NH4NO3 + LiNO3 + H2O
Заметка №8 NH4NO3 – нитрат аммония или аммиачная селитра имеет важное значение в сельском хозяйстве, так как это азотное удобрение.
- Взаимодействие с неметаллами. Как концентрированная, так и разбавленная HNO3 окисляет неметаллы (все). Продукты зависят от концентрации:
1.Концентрированная HNO3 + неметалл = NO2 + кислота + вода
HNO3 + S → H2SO4 + NO2 + H2O
2.Разбавленная к. + неметалл = NO + к. + вода
7HNO3 + P → H3PO4 + 7NO + 2H2O
Получение азотной кислоты
Выделяют лабораторные и промышленные способы получения соединения.
Лабораторный способ
Азотный гидроксид образуется в результате взаимодействия солей металлов с концентрированной H2SO4:
KNO3 + H2SO4 = KHSO4 + HNO3
Промышленный способ
Наиболее доступным сырьем для получения вещества является аммиак. Поэтому ее получают из NH3 в три стадии:
1.Окисление аммиака: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
Заметка №9 Необратимая, экзотермическая, каталитическая реакция. В качестве катализатора используется платина или родий.
2.Окисление оксида азота (II)
2NO + O2 = 2NO2
Примечание: экзотермическая обратимая реакция. Чтобы реакция продолжалась, продукты отводят из реактора в другую емкость.
3.Растворение оксида азота (IV) в воде при насыщении кислородом
4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3
Заметка №10 Без изменения условий, концентрация кислоты на выходе составит около 50%. Для повышения этого значения либо повышают давление, либо добавляют H2SO4.
Применение
Кислоту используют в различных отраслях.
1.Сельское хозяйство (для производства азотных удобрений);
2.Пищевая промышленность (очистка различных емкостей и установок);
3.Военная промышленность (для производства тротила, в качестве окислителя ракетного топлива или в качестве химического оружия);
4.Станковая графика (травление плит);
5.Химическая промышленность (в производстве лакокрасочных материалов и в синтезе различных органических веществ);
