Азотная кислота

Азотная кислота — строение и химические свойства

Азотная кислота – бесцветная гигроскопичная жидкость, c резким запахом, «дымит» на воздухе, неограниченно растворимая в воде.tкип. = 83ºC..  При хранении на свету разлагается на оксид азота (IV), кислород и воду, приобретая желтоватый  цвет:

4HNO3 = 4NO2 + 2H2O + O2.

Азотная кислота ядовита.

В растворе — сильная кислота; нейтрализуется щелочами, гидратом аммиака, реагирует с основными оксидами и гидроксидами, солями слабых кислот. Сильный окислитель; реагирует с металлами, неметаллами, типичными восстановителями.

Концентрированная кислота пассивирует Al, Be, Bi, Со, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb, Th, U; не реагирует с Au, Ir, Pt, Rh, Та, W, Zr. Не разрушает диоксид кремния.

Смесь концентрированных HNO3 и HCl («царская водка») обладает сильным окислительным действием (превосходит чистую HNO3), переводит в раствор золото и платину. Еще более активна смесь концентрированных HNO3 и HF.

Mr = 63, 01;        d = 1, 503(25);        tпл = -41, 6  oC;          tкип  +82,6 oC (разл.).

1.  Типичные свойства кислот:

1) Взаимодействует с основными и амфотерными оксидами:

2HNO3 + CuO = Cu(NO3)2 + H2O

6HNO3 + Al2O3 = 2Al(NO3)3 + 3H2O

2) С основаниями, амфотерными гидроксидами:

HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O

2HNO3 + Zn(OH)2 = Zn(NO3)2 + 2H2O

3) Вытесняет слабые кислоты из их солей:

2HNO3 + Na2CO3 = 2NaNO3 + H2O + CO2

2HNO3 + Na2SiO3 = H2SiO3 ↓+ 2NaNO3

2. Специфические свойства азотной кислоты как окислителя

1) Взаимодействие азотной кислоты с металлами
В качестве окислителя выступает азот в степени окисления +5, а не водород. В результате реакций образуется продукт восстановления нитрат-иона, соль и вода.

Глубина восстановления нитрат-иона зависит от концентрации кислоты и от положения металла в электрохимическом ряду напряжений металлов. Возможные продукты взаимодействия металлов с азотной кислотой приведены в таблице ниже.

  Чем активнее металл и выше степень разбавления кислоты, тем глубже происходит восстановление нитрат-ионов азотной кислоты.

4 HN+5O3(конц.) + Cu0 =     Cu+2(NO3)2 +    2 N+4O2  +   2 H2O

N+5 + 1e → N+4          2 окислитель, пр-с восстановления

Cu0 – 2e → Cu+2     1 восстановитель, пр-с окисления

8 HN+5O3(разб.) +   3 Cu0  =   3 Cu+2(NO3)2 +    2 N+2O  +  4 H2O

N+5 + 3e → N+2          2 окислитель, пр-с восстановления

Cu0 – 2e → Cu+2     3 восстановитель, пр-с окисления

2) Проявляет окислительные свойства при взаимодействии с неметаллами:

S + 6HNO3(конц) = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O;

B + 3HNO3 = H3BO3 + 3NO2;

3P + 5HNO3 + 2H2O = 5NO + 3H3PO4.

3) Азотная кислота окисляет сложные вещества:

6HI + 2HNO3 = 3I2 + 2NO + 4H2O;

FeS + 12HNO3 = Fe(NO3)3 + H2SO4 + 9NO2 + 5H2O.

4) Ксантопротеиновая реакция:Азотная кислота окрашивает белки в оранжево-желтый цвет (при попадании на кожу рук – «ксантопротеиновая реакция»).

Реакцию проводят для обнаружения белков, содержащих в своем составе ароматические аминокислоты.

К раствору белка  прибавляют концентрированную азотную кислоту. Белок свертывается. При нагревании белок желтеет. При добавлении избытка аммиака (в щелочной среде) окраска переходит в оранжевую.

Появление окрашивания свидетельствует о наличии ароматических аминокислот в составе белка.

5) Окислительные свойства «царской водки»:

HNO3 + 4HCl + Au = H[AuCl4] + NO + 2H2O;

4HNO3 + 18HCl + Pt = 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O

4HNO3 = 4NO2 + 2H2O + O2                    (комн., на свету).

HNO3 + H2O = NO3– + H3O+.

HNO3 (разб.) +  NaOH = NaNO3 + H2O ,

HNO3 (разб.) + NH3 · H2O = NH4NO3 + H2O.

2HNO3 (2-3%-я) + 8H0(Zn, разб. H2SO4) = NH4NO3 + 3H2O,

2HNO3 (5%-я) + 8H0(Mg, разб. H2SO4) = N2O ↑ + 5H2O,

HNO3 (30%-я) + 3H0(Zn, разб. H2SO4) = NO2↑  H2O,

HNO3 (60%-я) + 2H0(Zn, разб. H2SO4) = HNO2 + H2O.                  (кат Pd)

2HNO3 (конц.) +Ag = AgNO3 + NO2 ↑ + H2O.

8HNO3 (разб.) + 3Cu = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑  + 4H2O

10HNO3 (разб.) + 4Mg = 4Mg(NO3)2 +N2O↑  + 5H2O      (примесь H2)

12HNO3 (разб.) + 5Sn —t—5Sn(NO3)2 + N2 ↑ + 6H2O    (примесь NO)

30HNO3 (оч. разб.) + 8Al = 8Al(NO3)3 + 3 NH4NO3 + 9H2O     (примесь H2)

12HNO3 (оч. разб.) + 5Fe = 5Fe(NO3)2 + N2 ↑ + 6H2O        (0-10 oC),

4HNO3 (разб.) + Fe = Fe(NO3)3 + NO↑  + 2H2O.

4HNO3 (конц., гор.) + Hg = Hg(NO3)2 + 2NO2 ↑     + 2H2O,

8HNO3(разб., хол) + 6Hg = 3Hg2(NO3)2 + 2NO ↑  + 4H2O.

6HNO3 (конц.) + S = H2SO4 + 6NO2 ↑   + 2H2O            (кип.),

2HNO3 (конц.) + 6HCl(конц.) = 2NO↑ + 3Cl2↑ + 4H2O          (100-150 oC).

HNO3 (конц.) + 4HCl(конц.) + Au = H[AuCl4] + NO↑ + 2H2O.

4HNO3 (конц.) + 18HCl(конц.) + 3Pt = 3H2[PtCl6] + 4NO↑ + 8H2O

4HNO3 (конц.) + 18HF(конц.) + 3Si = 3H2[SiF6] + 4NO↑ + 8H2O.

4HNO3 (дымящ.) + P4O10 = 2N2O5 + 4HPO3            (в атмосфере O2+O3)

Основы синтеза азотной кислоты в промышленности

Сырьем для получения азотной кислоты служат аммиак, воздух и вода. Синтетический аммиак в большей или меньшей степени загрязнен примесями. Такими примесями являются катализаторная пыль, смазочное масло (при сжатии поршневым компрессором). Для получения чистого газообразного аммиака служат испарительные станции и дистилляционные отделения жидкого аммиака.

Атмосферный воздух, применяемый в производстве азотной кислоты, забирается на территории завода или вблизи его. Этот воздух загрязнен газообразными примесями и пылью. Поэтому он подвергается тщательной очистке во избежание отравления катализатора окисления аммиака. Очистка воздуха осуществляется, как правило, в скруббере, а затем в двухступенчатом фильтре.

Вода, применяемая для технологических нужд, подвергается специальной подготовке: отстою от механических примесей, фильтрованию и химической очистке от растворенных в ней солей. Для получения реактивной азотной кислоты требуется чистый паровой конденсат.

Методы получения азотной кислоты

Первый завод по производству HNO3 из аммиака коксохимического производства был пущен в России в 1916 г. В 1928 г. было освоено производство азотной кислоты из синтетического аммиака [1].

Различают производство слабой (разбавленной) азотной кислоты и производство концентрированной азотной кислоты.

Процесс производства разбавленной азотной кислоты склады­вается из трех стадий:

1) конверсии аммиака с целью получения оксида азота

4NH3 + 5О2 → 4NO + 6Н2О;

2) окисления оксида азота до диоксида азота

2NO + О2 → 2NO2;

3) абсорбции оксидов азота водой

4NO2 + О2 + 2Н2О → 4HNO3;

Суммарная реакция образования азотной кислоты выражается

NH3 + 2О2 → HNO3 + Н2О.

Катализаторы окисления аммиака

Превосходство платины по активности и селективности над всеми другими видами катализаторов было показано в 1902 г. Оствальдом. Характерно, что активность к реакции окисления аммиака проявляет подавляющее большинство металлов и их соединений, но высокий выход NO (выше 90%) обеспечивают очень немногие из них.

Обладая высокой активностью и селективностью, платина имеет низкую температуру зажигания (около 200 °С), хорошую пластичность.

Недостаток платины – ее быстрое разрушение при высоких температурах под воздействием больших скоростных потоков реагентов и катализаторных ядов.

Это приводит к потерям дорогостоящего катализатора и снижению выхода NO, что и явилось причиной поисков каталитически активных сплавов платины с другими металлами.

Проведенные промышленные испытания показали стабильную работу катализаторов из платины с добавками палладия, а также из тройного сплава Pt-Rh-Pd; это и послужило основанием для их промышленной реализации в России.

Используемые для контактного окисления NH3 катализаторы изготавливают в виде сеток.

Такая форма катализатора удобна в эксплуатации, связана с минимальными затратами металла, позволяет применять наиболее простой и удобный в эксплуатации тип контактного аппарата.

Платинородиевые (ГИАП-1) и платинородиевопалладиевые (сплав № 5) катализаторы весьма чувствительны к ряду примесей, которые содержатся в аммиаке и воздухе.

К таким примесям относятся гидриды фосфора и мышьяка, фтор и его соединения, дихлорэтан, минеральные масла, ацетилен, диоксид серы, сероводород и др. Наиболее сильными ядами катализатора являются соединения серы и фтора.

Примеси заметно снижают селективность катализатора, способствуют увеличению потерь платины.

Для поддержания стабильной степени конверсии аммиака необходима тщательная очистка аммиачно-воздушной смеси и от механических примесей, особенно от оксидов железа и пыли железного катализатора синтеза аммиака. Пыль и оксиды железа, попадая на катализаторные сетки, засоряют их, уменьшая поверхность соприкосновения газов с поверхностью катализатора, и снижают степень окисления аммиака.

В процессе реакции окисление аммиака поверхность платиноидных сеток сильно разрыхляется, эластичные нити сеток становятся хрупкими.

При этом поверхность сетки увеличивается примерно в 30 раз Сначала это ведет к повышению каталитической активности катализатора, а затем к разрушению сеток.

Практикой установлены следующие сроки работы катализаторных сеток: для работы под под давлением 0,73 МПа 8-9 мес.

Азотная кислота: формула химическая, свойства, получение и применение

Один из наиболее важных продуктов, используемых человеком, – это нитратная кислота.

Формула вещества – HNO3, оно же обладает и разнообразными физическими и химическими характеристиками, отличающими его от других неорганических кислот.

В нашей статье мы изучим свойства азотной кислоты, ознакомимся с методами ее получения, а также рассмотрим сферы применения вещества в различных отраслях промышленности, медицины и сельского хозяйства.

Особенности физических свойств

Полученная в лаборатории азотная кислота, структурная формула которой приведена ниже, представляет собой бесцветную жидкость с неприятным запахом, более тяжелую, чем вода. Она быстро испаряется и имеет невысокую температуру кипения, равную +83 °С.

Соединение легко смешивается с водой в любых пропорциях, образуя растворы различной концентрации. Более того, нитратная кислота может поглощать влагу из воздуха, то есть является гигроскопическим веществом.

Структурная формула азотной кислоты неоднозначна, и может иметь две формы.

В молекулярном виде нитратная кислота не существует. В водных растворах различной концентрации вещество имеет вид следующих частиц: H3O+ — ионов гидроксония и анионов кислотного остатка — NO3-.

Азотная кислота, являющаяся одной из самых сильных кислот, вступает в реакции замещения, обмена, нейтрализации. Так, с основными оксидами соединение участвует в обменных процессах, в результате которых получается соль и вода. Реакция нейтрализации – основное химическое свойство всех кислот. Продуктами взаимодействия оснований и кислот всегда будут соответствующие соли и вода:

NaOH + HNO3→ NaNO3 + H2O

Реакции с металлами

В молекуле азотной кислоты, формула которой HNO3, азот проявляет самую высокую степень окисления, равную +5, поэтому вещество обладает ярко выраженными окислительными свойствами.

Как сильная кислота оно способно взаимодействовать с металлами, стоящими в ряду активности металлов до водорода. Однако она, в отличие от других кислот, может реагировать и с пассивными металлическими элементами, например, с медью или серебром.

Реагенты и продукты взаимодействия определяются, как концентрацией самой кислоты, так и активностью металла.

Разбавленная азотная кислота и ее свойства

Если массовая доля HNO3 составляет 0,4-0,6, то соединение проявляет все свойства сильной кислоты. Например, диссоциирует на катионы водорода и анионы кислотного остатка. Индикаторы в кислой среде, например, фиолетовый лакмус, в присутствии избытка ионов H+ меняет свою окраску на красную.

Важнейшая особенность реакций нитратной кислоты с металлами – это невозможность выделения водорода, который окисляется до воды. Вместо него образуются различные соединения – оксиды азота. Например, в процессе взаимодействия серебра с молекулами азотной кислоты, формула которой HNO3, обнаруживается монооксид азота, вода и соль – нитрат серебра.

Степень окисления азота в сложном анионе снижается, так как происходит присоединение трех электронов.

4Mg + 10HNO3 = NH4NO3 + 4Mg(NO3)2 + 3H2O

Если же азотная кислота, химическая формула которой HNO3, очень разбавлена, в этом случае, продукты ее взаимодействия с активными металлами будут различными.

Это может быть аммиак, свободный азот или оксид азота (І). Все зависит от внешних факторов, к которым можно отнести степень измельчения металла и температуру реакционной смеси.

Например, уравнение ее взаимодействия с цинком будет иметь следующий вид:

Zn + 4HNO3= Zn(NO3)2+ 2NO2+ 2H2O

Концентрированная HNO3 (96-98%) кислота в реакциях с металлами восстанавливается до диоксида азота, причем, это обычно не зависит от положения металла в ряду Н. Бекетова. Так происходит в большинстве случаев, например, при взаимодействии с серебром.

Запомним исключение из правила: концентрированная азотная кислота в обычных условиях не реагирует с железом, алюминием и хромом, а пассивирует их.

Это значит, что на поверхности металлов образуется защитная оксидная пленка, препятствующая дальнейшему их контакту с молекулами кислоты.

Смесь вещества с концентрированной хлоридной кислотой в соотношении 3:1 называется царской водкой. Она имеет способность растворять золото.

Как нитратная кислота реагирует с неметаллами

Сильные окислительные свойства вещества приводят к тому, что в его реакциях с неметаллическими элементами, последние переходят в форму соответствующих кислот. Например, сера окисляется до сульфатной, бор – до борной, а фосфор – до фосфатных кислот. Приведенные ниже уравнения реакций подтверждают это:

S0 + 2HNVO3 → H2SVIO4 + 2NIIO

Получение азотной кислоты

Наиболее удобный лабораторный способ получения вещества – взаимодействие нитратов с концентрированной сульфатной кислотой. Ее проводят при слабом нагревании, не допуская повышения температуры, так как в этом случае получившийся продукт разлагается.

В промышленности азотную кислоту можно добыть несколькими способами. Например, окислением аммиака, полученным из азота воздуха и водорода. Производство кислоты проходит в несколько стадий. Промежуточными продуктами будут оксиды азота.

Вначале образуется монооксид азота NO, затем кислородом воздуха его окисляют до двуокиси азота. Наконец, в реакции с водой и избытком кислорода из NO2 добывают разбавленную (40-60%) нитратную кислоту.

Вышеописанный метод производства нитратной кислоты, впервые был предложен основателем азотной промышленности в России И. Андреевым еще в начале 20 века.

Применение

Как мы помним, химическая формула азотной кислоты HNO3. Какая особенность химических свойств обуславливает ее применение, если нитратная кислота является многотоннажным продуктом химического производства? Это высокая окислительная способность вещества. Его применяют в фармацевтической промышленности для получения лекарственных препаратов.

Вещество служит исходным сырьем для синтеза взрывчатых соединений, пластических масс, красителей. Нитратная кислота применяется в военной технике в качестве окислителя для ракетного топлива. Большой ее объем применяют в производстве важнейших видов азотных удобрений – селитр.

Они способствуют повышению урожайности важнейших сельскохозяйственных культур и повышают содержание в плодах и зеленой массе белка.

Области применения нитратов

Рассмотрев основные свойства, получение и применение азотной кислоты, остановимся на использовании важнейших ее соединений – солей. Они являются не только минеральными удобрениями, некоторые из них имеют большое значение в военной промышленности.

Например, смесь, состоящая из 75% нитрата калия, 15% мелкодисперсного угля и 5% серы называется черным порохом. Из нитрата аммония, а также порошка угля и алюминия получают аммонал – взрывчатое вещество.

Интересное свойство солей нитратной кислоты – это их способность разлагаться при нагревании.

Причем, продукты реакции будут зависеть от того, ион какого металла входит в состав соли. Если металлический элемент находится в ряду активности левее магния, от в продуктах обнаруживаются нитриты и свободный кислород.

Если металл, входящий в состав нитрата, расположен от магния до меди включительно, то при нагревании соли происходит образование диоксида азота, кислорода и оксида металлического элемента.

Соли серебра, золота или платины при высокой температуре образуют свободный металл, кислород и двуокись азота.

В нашей статье мы выяснили, какая химическая формула азотной кислоты в химии, и какие особенности ее окислительных свойств имеют наиболее важное значение.

Оксиды азота. Азотная кислота

Известны несколько оксидов азота.

Несолеобразующие оксиды: N2O, NO

Солеобразующие оксиды: N2O3, NO2, N2O4, N2O5

Все оксиды азота, кроме N2O, ядовитые вещества.

Оксид азота (I) N2O – это бесцветный газ со слабым запахом и сладковатым вкусом, хорошо растворимый в воде, но не взаимодействует с ней. При достаточно высокой температуре разлагается по уравнению:

2N2O = 2N2 + O2

В смеси с кислородом  N2O используется в медицине для наркоза («веселящий» газ).

Наиболее важными являются оксиды азота (II) и (IV).

Оксид азота (II) NO – бесцветный газ, не имеет запаха. В воде малорастворим, относится, как и N2O, к несолеобразующим оксидам. Оксид азота (II) NO образуется из азота и кислорода при сильных электрических разрядах (например, во время грозы в воздухе) или при высокой температуре:

N2 + O2 = 2NO

В лаборатории оксид азота (II) получают, например, при взаимодействии меди и разбавленной азотной кислоты:

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

Оксид азота (II) в промышленности получают каталитическим окислением аммиака и используют для получения азотной кислоты:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

Оксид азота (II) на воздухе легко окисляется до оксида азота (IV):

2NO + O2 = 2NO2

Оксид азота (IV)

Оксид азота (IV) NO2 – ядовитый газ бурого цвета, имеет характерный запах. Хорошо растворяется в воде. Оксид азота (IV) является смешанным оксидом, которому соответствуют две кислоты: азотистая HNO2 и азотная HNO3. Поэтому взаимодействие с водой происходит по уравнению:

2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3

При взаимодействии NO2 с водой в присутствии кислорода (на воздухе) образуется только азотная кислота:

4NO2 + O2 + 2H2O ⇄ 4HNO3

При растворении NO2 в щелочи, например NaOH, образуются две соли (нитрат и нитрит) и вода:

2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O

В избытке кислорода образуется только нитрат натрия:

4NO2 + 4NaOH + O2 = 4NaNO3 + 2H2O

Ниже 22 0С молекулы оксида азота (IV) NO2 легко соединяются попарно и образуют бесцветную жидкость состава N2O4, которая при охлаждении до – 10,2 0С превращается в бесцветные кристаллы.

В лаборатории NO2 можно получить при взаимодействии, например, меди с концентрированной азотной кислотой:

Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

В промышленности NO2 получают путем окисления NO кислородом и далее используют для получения азотной кислоты.

Оксид азота (III) N2O3 – это темно-синяя жидкость, является кислотным оксидом. При взаимодействии с водой образуется азотистая кислота:

Оксид азота (III)

N2O3 + H2O = 2HNO2

Оксид азота (V) N2O5 – бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде с образованием азотной кислоты:

N2O5 + H2O = 2HNO3

Азотная кислота

Физические свойства

Азотная кислота HNO3 – бесцветная жидкость, имеет резкий запах, легко испаряется, кипит при температуре 83 0С. При попадании на кожу азотная кислота может вызвать сильные ожоги (на коже образуется характерное желтое пятно, его сразу же следует промыть большим количеством воды, а затем нейтрализовать содой). С водой азотная кислота смешивается в любых соотношениях.

Обычно применяемая в лаборатории концентрированная азотная кислота содержит 63% HNO3. При хранении довольно легко, особенно на свету разлагается по уравнению:

4HNO3 ⇄ 2H2O + 4NO2↑ + O2↑

Выделяющийся газ NO2 окрашивает азотную кислоту в бурый цвет.

Химические свойства

Азотная кислота

Кислотно – основные свойства

Азотная кислота – одна из наиболее сильных кислот. В водных растворах она полностью диссоциирована на ионы:

HNO3 ⇄ H+ + NO3—

Как и все кислоты, она реагирует:

а) с оксидами металлов:

MgO + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O

б) с основаниями:

Mg(OH)2 + HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O

в) с солями более слабых кислот:

K2CO3 + HNO3 = KNO3 + CO2↑ + H2O

Окислительно – восстановительные свойства

Азотная кислота является одним из сильнейших окислителей. Ее окислительно-восстановительные свойства обусловлены присутствием в молекуле HNO3 атома азота в высшей степени окисления N+5 в составе кислотного остатка NO3—.

Окислительные свойства кислотного остатка NO3— значительно сильнее, чем ионов водорода Н+, поэтому азотная кислота взаимодействует практически со всеми металлами, кроме золота и платины, находящимися в конце ряда напряжений.

Нитрат-ионы NO3— при взаимодействии HNO3 с металлами восстанавливаются тем полнее, чем более разбавлена кислота и чем более активен металл. На следующей схеме показано, какие продукты могут образоваться при восстановлении HNO3:

Общая схема взаимодействия азотной кислоты с металлами

Концентрированная HNO3 при взаимодействии с наиболее активными металлами (до Al в ряду напряжений) восстанавливается до N2O. Например:

10HNO3 + 4Ca = 4Ca(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

Концентрированная HNO3 при взаимодействии с менее активными металлами (Ni, Cu, Ag, Hg) восстанавливается до NO2. Например:

4HNO3 + Ni = Ni(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

Аналогично концентрированная азотная кислота реагирует с некоторыми неметаллами. Неметалл при этом окисляется до оксокислоты. Например:

5HNO3 + P = HPO3 + 5NO2↑ + 2H2O

Следует отметить, что концентрированная HNO3 пассивирует такие металлы, как Fe, Al, Cr. Сущность пассивирования заключается в образовании на поверхности металла тонкой, но очень плотной оксидной плёнки, предохраняющей металл от дальнейшего взаимодействия с кислотой; например:

3Al + 12HNO3 = Al(NO3)3 + Al2O3 + 9NO2↑ + 6H2O

Разбавленная HNO3 реагирует с наиболее активными металлами (до Al) с образованием аммиака или нитрата аммония NH4NO3:

10HNO3 + 4Mg = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с менее активными металлами образуется оксид азота (II) NO:

8HNO3 + 3Cu = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

Таким же образом разбавленная HNO3 взаимодействует с некоторыми неметаллами:

2HNO3 + S = H2SO4 + 2NO↑

Взаимодействие азотной кислоты с медью

Получение

В лаборатории азотную кислоту получают при взаимодействии безводных нитратов с концентрированной серной кислотой:

Ba(NO3)2 + H2SO4 = BaSO4↓ + 2HNO3

В промышленности получение азотной кислоты идет в три стадии:

1. Окисление аммиака до оксида азота (II):

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

1. Окисление оксида азота (II) в оксид азота (IV):

2NO + O2 = 2NO2

1. Растворение оксида азота (IV) в воде и избытком кислорода:

4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3

Применение

Азотную кислоту применяют для получения азотных удобрений, лекарственных и взрывчатых веществ.

Соли азотной кислоты

Соли азотной кислоты называются нитратами. Нитраты калия, натрия, аммония и кальция называются селитрами. Селитры применяют как минеральные азотные удобрения, так как азот является одним из основных элементов питания растений.

Все соли азотной кислоты хорошо растворимы в воде.

Соли азотной кислоты, как и она сама, являются сильными окислителями.

При нагревании все нитраты разлагаются с выделением кислорода, характер других продуктов разложения зависит от положения металла в ряду напряжений:

Примеры:

2NaNO3 = 2NaNO2 + O2↑

2Zn(NO3)2 = 2ZnO + 4NO2↑ + O2↑

2AgNO3 = 2Ag + 2NO2↑ + O2↑

*на изображении записи кристаллы нитрата меди (II)

Азотная кислота и нитраты

Азотная кислота HNO3 — бесцветная жидкость, имеет резкий запах, легко испаряется. При попадании на кожу азотная кислота может вызвать сильные ожоги (на коже образуется характерное желтое пятно, его сразу же следует промыть большим количеством воды, а затем нейтрализовать содой NaHCO3)

Молекулярная формула: HNO3, B(N) = IV, С.О. (N) = +5

Атом азота образует 3 связи с атомами кислорода по обменному механизму и 1 связь — по донорно-акцепторному механизму.

Физические свойства

Безводная HNO3 при обычной температуре — бесцветная летучая жидкость со специфическим запахом (т. кип. 82,6'С).

Концентрированная «дымящая» HNO3 имеет красный или желтый цвет, так как разлагается с выделением NO2. Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях.

Способы получения

I. Промышленный — 3-стадийный синтез по схеме: NH3 → NO → NO2 → HNO3

1 стадия: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

2 стадия: 2NO + O2 = 2NO2

3 стадия: 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3

II. Лабораторный — длительное нагревание селитры с конц. H2SO4:

2NaNO3(тв.) +H2SO4(конц.) = 2HNO3 + Na2SO4

Ba(NO3)2(тв) +H2SO4(конц.) = 2HNO3 + BaSO4

HNO3 как сильная кислота проявляет все общие свойства кислот

HNO3 → H+ + NO3-

HNO3 — очень реакционноспособное вещество. В химических реакциях проявляет себя как сильная кислота и как сильный окислитель.

HNO3 взаимодействует:

а) с оксидами металлов 2HNO3 + CuO = Cu(NO3)2 + H2O

б) с основаниями и амфотерными гидроксидами 2HNO3 + Cu(OH)2 = Cu(NO3)2 + 2H2O

в) с солями слабых кислот 2HNO3 + СaСO3 = Ca(NO3)2 + СO2↑ + H2O

г) с аммиаком HNO3 + NH3 = NH4NO3

Отличие HNO3 от других кислот

1. При взаимодействии HNO3 с металлами практически никогда не выделяется Н2, так как ионы H+ кислоты не участвуют в окислении металлов.

2. Вместо ионов H+ окисляющее действие оказывают анионы NO3-.

3. HNO3 способна растворять не только металлы, расположенные в ряду активности левее водорода, но и малоактивные металлы — Си, Аg, Нg. В смеси с HCl растворяет также Au, Pt.

HNO3 — очень сильный окислитель

I. Окисление металлов:

Взаимодействие HNO3: а) с Me низкой и средней активности: 4HNO3(конц.) + Сu = 2NO2↑ + Cu(NO3)2 + 2H2O

8HNO3(разб.) + ЗСu = 2NO↑ + 3Cu(NO3)2 + 4H2O

б) с активными Me: 10HNO3(разб.) + 4Zn = N2O + 4Zn(NO3)2 + 5H2O

в) с щелочными и щелочноземельными Me:10HNO3(оч. разб.) + 4Са = NH4NO3 + 4Ca(NO3)2 + 3H2O

Очень концентрированная HNO3 при обычной температуре не растворяет некоторые металлы, в том числе Fe, Al, Cr.

II. Окисление неметаллов:

5HNO3 + Р = 5NO2↑ + H3PO4 + H2O

2HNO3 + S = 2NO↑ + H2SO4

III. Окисление сложных веществ:

Особенно важными являются реакции окисления сульфидов некоторых Me, которые не растворяются в других кислотах. Примеры:

8HNO3 + PbS = 8NO2↑ + PbSO4 + 4H2O

22HNO3 + ЗСu2S = 10NO↑ + 6Cu(NO3)2 + 3H2SO4 + 8H2O

HNO3 — нитрующий агент в реакциях органического синтеза

R-Н + НО-NO2 → R-NO2 + H2O

Примеры:

С2Н6 + HNO3 → C2H5NO2 + H2O нитроэтан

С6Н5СН3 + 3HNO3 → С6Н2(NO2)3СН3 + ЗH2O тринитротолуол

С6Н5ОН + 3HNO3 → С6Н5(NO2)3OH + ЗH2O тринитрофенол

HNO3 этерифицирует спирты

R-ОН + НO-NO2 → R-O-NO2 + H2O

Примеры:

С3Н5(ОН)3 + 3HNO3 → С3Н5(ONO2)3 + ЗH2O тринитрат глицерина

Разложение HNO3

При хранении на свету, и особенно при нагревании, молекулы HNO3 разлагаются за счет внутримолекулярного окисления-восстановления:

4HNO3 = 4NO2↑ + O2↑ + 2H2O

Выделяется красно-бурый ядовитый газ NO2, который усиливает агрессивно-окислительные свойства HNO3

Соли азотной кислоты — нитраты Me(NO3)n

Нитраты — бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворяются в воде. Имеют химические свойства, характерные для типичных солей.

Отличительные особенности:

1) окислительно-восстановительное разложение при нагревании;

2) сильные окислительные свойства расплавленных нитратов щелочных металлов.

Термическое разложение

1. Разложение нитратов щелочных и щелочноземельных металлов:

Me(NO3)n → Me(NO2)n + O2↑

2. Разложение нитратов металлов, стоящих в ряду активности металлов от Mg до Cu:

Me(NO3)n → МеxОy + NO2↑ + O2

3. Разложение нитратов металлов, стоящих в ряду активности металлов превее Cu :

Me(NO3)n → Ме + NO2↑ + O2

Примеры типичных реакций:

1) 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2↑

2) 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2↑ + O2↑

3) 2AgNO3 = 2Ag + 2NO2↑ + O2↑

Окислительное действие расплавов нитратов щелочных металлов

В водных растворах нитраты, в противоположность HNO3, почти не проявляют окислительной активности. Однако расплавы нитратов щелочных металлов и аммония (селитр) являются сильными окислителями, поскольку разлагаются с выделением активного кислорода.