Концентрована азотна кислота взаємодіє із киснем. Азотна кислота та її властивості

Особливі властивості азотної та концентрованої сірчаної кислоти.

Азотна кислота- HNO3, кисневмісна одноосновна сильна кислота. Тверда азотна кислота утворює дві кристалічні модифікації з моноклінною та ромбічною гратами. Азотна кислота поєднується з водою в будь-яких співвідношеннях. У водяних розчинах вона практично повністю дисоціює на іони. Утворює з водою азеотропну суміш з концентрацій 68,4 % та tкіп120 °C при 1 атм. Відомі два тверді гідрати: моногідрат (HNO3 H2O) і тригідрат (HNO3 3H2O).
Висококонцентрована HNO3 має зазвичай буре забарвлення внаслідок процесу розкладання, що відбувається на світлі:

HNO3 ---> 4NO2 + O2 + 2H2O

При нагріванні азотна кислота розпадається з тієї ж реакції. Азотну кислоту можна переганяти (без розкладання) лише за зниженого тиску.

Азотна кислота є сильним окислювачем концентрована азотна кислота окислює сірку до сірчаної, а фосфор - до фосфорної кислоти, деякі органічні сполуки (наприклад, аміни та гідразин, скипидар) самозаймисти при контакті з концентрованою азотною кислотою.

Ступінь окиснення азоту в азотній кислоті дорівнює 4-5. Виступаючи як окислювач, НNО може відновлюватися до різних продуктів:

Яка з цих речовин утворюється, тобто наскільки глибоко відновлюється азотна кислота в тому чи іншому випадку, залежить від природи відновника та умов реакції, насамперед від концентрації кислоти. Чим вище концентрації HNO тим менш глибоко вона відновлюється. При реакціях із концентрованою кислотою найчастіше виділяється.

При взаємодії розбавленої азотної кислоти з малоактивними металамиНаприклад, з міддю виділяється NO. У разі активніших металів - заліза, цинку, - утворюється .

Сильно розбавлена ​​азотна кислота взаємодіє з активними металами-цинком, магнієм, алюмінієм - з утворенням іону амонію, що дає з кислотою нітрат амонію. Зазвичай одночасно утворюються кілька продуктів.

Золото, деякі метали платинової групи і тантал інертні до азотної кислоти у всьому діапазоні концентрацій, інші метали реагують із нею, хід реакції у своїй визначається її концентрацією. Так, концентрована азотна кислота реагує з міддю з утворенням діоксиду азоту, а розведена - оксиду азоту (II):

Cu + 4HNO3----> Cu(NO3)2 + NO2 + 2H2O

3Cu + 8 HNO3 ----> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Більшість металореагують з азотною кислотою з виділенням оксидів азоту в різних ступенях окислення або їх сумішей, розведена азотна кислота при реакції з активними металами може реагувати з виділенням водню і відновленням нітрат-іону до аміаку.

Деякі метали (залізо, хром, алюміній), що реагують з розведеною азотною кислотою, пасивуються концентрованою азотною кислотою та стійкі до її впливу.

Суміш азотної та сірчаної кислот зветься «меланж». Азотна кислота широко використовується для отримання нітросполук.

Суміш трьох об'ємів соляною кислотою та одного об'єму азотної називається «царською горілкою». Царська горілка розчиняє більшість металів, у тому числі золото. Її сильні окислювальні здібності обумовлені атомарним хлором і хлоридом нітрозилу, що утворюється:

3HCl + HNO3 ----> NOCl + 2 =2H2O

Сірчана кислота- важка масляниста рідина, яка не має кольору. Змішується з водою у будь-яких відносинах.

Концентрована сірчана кислотаактивно поглинає воду з повітря, забирає її з інших речовин. При попаданні органічних речовин у концентровану сірчану кислоту відбувається їх обвуглювання, наприклад, папери:

(C6H10O5)n + H2SO4 => H2SO4 + 5nH2O + 6C

При взаємодії концентрованої сірчаної кислоти з цукром утворюється пориста вугільна маса, схожа на чорну губку, що затверділа:

C12H22O11 + H2SO4 => C + H2O + CO2 + Q

Хімічні властивості розведеної та концентрованої сірчаної кислотивідрізняються.

Розведені розчинисірчаної кислоти реагують з металами , розташованими в електрохімічному ряду напруг лівіше водню, з утворенням сульфатів та виділенням водню.

Концентровані розчинисірчаної кислоти виявляють сильні окислювальні властивості, зумовлені наявністю в її молекулах атома сірки вищою мірою окислення (+6), тому концентрована сірчана кислота є сильним окислювачем. Так окислюються деякі неметали:

S + 2H2SO4 => 3SO2 + 2H2O

C + 2H2SO4 => CO2 + 2SO2 + 2H2O

P4 + 8H2SO4 => 4H3PO4 + 7SO2 + S + 2H2O

H2S + H2SO4 => S + SO2 + 2H2O

Вона взаємодіє з металами , розташованими в електрохімічному ряді напруг металів правіше водню (мідь, срібло, ртуть), з утворенням сульфатів, води та продуктів відновлення сірки. Концентровані розчини сірчаної кислоти не реагують із золотом та платиною внаслідок їх малої активності.

а) малоактивні метали відновлюють сірчану кислоту до діоксиду сірки SO2:

Cu + 2H2SO4 => CuSO4 + SO2 + 2H2O

2Ag + 2H2SO4 => Ag2SO4 + SO2 + 2H2O

б) з металами середньої активності можливі реакції з виділенням будь-якого із трьох продуктів відновлення сірчаної кислоти:

Zn + 2H2SO4 => ZnSO4 + SO2 + 2H2O

3Zn + 4H2SO4 => 3ZnSO4 + S + 4H2O

4Zn + 5H2SO4 => 4ZnSO4 + H2S + 2H2O

в) з активними металами можуть виділятися сірка або сірководень:

8K + 5H2SO4 => 4K2SO4 + H2S + 4H2O

6Na + 4H2SO4 => 3Na2SO4 + S + 4H2O

г) з алюмінієм, залізом, хромом, кобальтом, нікелем концентрована сірчана кислота на холод (тобто без нагрівання) не взаємодіє – відбувається пасивування цих металів. Тому сірчану кислоту можна перевозити у залізній тарі. Однак при нагріванні можлива взаємодія з нею і заліза, і алюмінію:

2Fe + 6H2SO4 => Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

2Al + 6H2SO4 => Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Т.О. Глибина відновлення сірки залежить від відновлювальних властивостей металів. Активні метали (натрій, калій, літій) відновлюють сірчану кислоту до сірководню, метали, розташовані у низці напруг від алюмінію до заліза - до вільної сірки, а метали з меншою активністю - до сірчистого газу.

Одержання кислот.

1. Безкисневі кислоти отримують шляхом синтезу водневих сполук неметалів з простих речовин та подальшого розчинення отриманих продуктів у воді

Неметал + H 2 = Водневе з'єднання неметалу

H 2 + Cl 2 = 2HCl

2. Оксокислоти одержують взаємодією кислотних оксидів з водою.

Кислотний оксид + H2O = Оксокислота

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

3. Більшість кислот можна отримати взаємодією солей із кислотами.

Сіль + Кислота = Сіль + Кислота

2NaCl + H 2 SO 4 = 2HCl + Na 2 SO 4

Підстави – це складні речовини, молекули яких складаються з атома металу та однієї або кількох гідроксидних груп.

Основи - це електроліти, які дисоціюють з утворенням катіонів металевого елемента та гідроксид-аніонів.

Наприклад:
КОН = К +1 + ВІН -1

6.Класифікація підстав:

1.По числу гідроксильних груп у молекулі:

а) · Однокислотні, молекули яких містять одну гідроксидну групу.

б) · Двокислотні, молекули яких містять дві гідроксидні групи.

в) · Трикислотні, молекули яких містять три гідроксидні групи.
2. По розчинності у воді: Розчинні та нерозчинні.

7.Фізичні властивості основ:

Усі неорганічні основи – тверді речовини (крім гідроксиду амонію). Підстави мають різний колір: гідроксид калію-білого кольору, гідроксид міді-блакитного, гідроксид залізо-червоно-бурого.

Розчинні підстави утворюють мильні на дотик розчини, через що ці речовини отримали назву луг.

Луги утворюють лише 10 елементів періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва: 6 лужних металів – літій, натрій, калій, рубідій, цезій, францій та 4 лужноземельних метали – кальцій, стронцій, барій, радій.

8.Хімічні властивості основ:

1. Водні розчини лугів змінюють фарбування індикаторів. фенолфталеїн – малиновий, метилоранж – жовтий. Це забезпечується вільною присутністю гідроксогруп у розчині. Саме тому малорозчинні основи такої реакції не дають.

2. Взаємодіють :

а) з кислотами: Основа + Кислота = Сіль + H 2 O

KOH + HCl = KCl + H 2 O

б) з кислотними оксидами:Луж + Кислотний оксид = Сіль + H 2 O

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2 O

в) з розчинами:Розчин лугу + Розчин солі = Нова основа + Нова сіль

2NaOH + CuSO 4 = Cu(OH) 2 + Na 2 SO 4

г) з амфотерними металами: Zn + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + H 2

Амфотерні гідроксиди:

а) Реагують з кислотами з утворенням солі та води:

Гідроксид міді (II) + 2HBr = CuBr2 + вода.

б). Реагують з лугами: результат - сіль і вода (умова: сплавлення):

Zn(OH)2 + 2CsOH = сіль + 2H2O.

в). Реагують із сильними гідроксидами: результат - солі, якщо реакція йде у водному розчині: Cr(OH)3 + 3RbOH = Rb3

Нерозчинні у воді основи при нагріванні розкладаються на основний оксид та воду:

Нерозчинна основа = Основний оксид + H 2 O

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O

Солі – це продукти неповного заміщення атомів водню в молекулах кислот атомами металу або це продукти заміщення гідроксидних груп у молекулах основ кислотними залишками .

Солі- це електроліти, які дисоціюють з утворенням катіонів металевого елемента та аніонів кислотного залишку.

Наприклад:

До 2 СО 3 = 2К +1 + СО 3 2-

Класифікація:

Нормальні солі. Це продукти повного заміщення атомів водню в молекулі кислоти атомами неметалу, або продукти повного заміщення гідроксидних груп молекули основи кислотними залишками.

Кислі солі. Це продукти неповного заміщення атомів водню у молекулах багатоосновних кислот атомами металу.

Основні солі.Це продукти неповного заміщення гідроксидних груп у молекулах багатокислотних основ кислотними рештками.

Типи солей:

Подвійні солі- у їх складі присутні два різні катіони, виходять кристалізацією зі змішаного розчину солей з різними катіонами, але однаковими аніонами.

Змішані солі- у їх складі присутні два різні аніони.

Гідратні солі(Кристалогідрати) - до їх складу входять молекули кристалізаційної води.

Комплексні солі- До їх складу входить комплексний катіон або комплексний аніон.

Особливу групу складають солі органічних кислотвластивості яких значно відрізняються від властивостей мінеральних солей Деякі з них можна віднести до особливого класу органічних солей, так званих іонних рідин або по-іншому «рідких солей» органічних солей з температурою плавлення нижче 100 °C.

Фізичні властивості:

Більшість солей є твердими речовинами білого кольору. Деякі солі мають забарвлення. Наприклад, дихромат калію-жовтогарячого, сульфат нікелю-зеленого.

За розчинністю у водісолі діляться на розчинні у воді, малорозчинні у воді та нерозчинні.

Хімічні властивості:

Розчинні солі у водних розчинах дисоціюють на іони:

1. Середні солі дисоціюють на катіони металів та аніони кислотних залишків:

· Кислі солі дисоціюють на катіони металу та складні аніони:

KHSO 3 = K + HSO 3

· Основні метали дисоціюють на складні катіони та аніони кислотних залишків:

AlOH(CH 3 COO) 2 = AlOH + 2CH 3 COO

2. Солі взаємодіють з металами з утворенням нової солі та нового металу: Ме(1) + Сіль(1) = Ме(2) + Сіль(2)

CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu

3. Розчини взаємодіють з лугами Розчин солі + Розчин лугу = Нова сіль + Нова основа:

FeCl 3 + 3KOH = Fe(OH) 3 + 3KCl

4. Солі взаємодіють із кислотами Сіль + Кислота = Сіль + Кислота:

BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2HCl

5. Солі можуть взаємодіяти між собою Сіль(1) + Сіль(2) = Сіль(3) + Сіль(4):

AgNO 3 + KCl = AgCl + KNO 3

6. Основні солі взаємодіють із кислотами Основна сіль + Кислота = Середня сіль + H 2 O:

CuOHCl + HCl = CuCl 2 + H 2 O

7. Кислі солі взаємодіють із лугами Кисла сіль + Луга = Середня сіль + H 2 O:

NaHSO 3 + NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O

8. Багато солей розкладаються при нагріванні: MgCO 3 = MgO + CO 2

Представники солей та їх значення:

Солі повсюдно використовуються як у виробництві, так і у повсякденному житті:

Солі соляної кислоти. З хлоридів найбільше використовують хлорид натрію та хлорид калію.

Хлорид натрію (кухонну сіль) виділяють з озерної та морської води, а також добувають у соляних шахтах. Поварену сіль використовують у їжу. У промисловості хлорид натрію служить сировиною для одержання хлору, гідроксиду натрію та соди.

Хлорид калію використовують у сільському господарстві як калійне добриво.

Солі сірчаної кислоти. У будівництві та медицині широко використовують напівводний гіпс, що отримується при випалюванні гірської породи (дигідрат сульфату кальцію). Будучи змішаний із водою, він швидко застигає, утворюючи дигідрат сульфату кальцію, тобто гіпс.

Декагідрат сульфату натрію використовують як сировину для отримання соди.

Солі азотної кислоти. Нітрати найбільше використовують як добрива сільському господарстві. Найважливішим із них є нітрат натрію, нітрат калію, нітрат кальцію та нітрат амонію. Зазвичай ці солі називають селітрами.

З ортофосфатів найважливішим є ортофосфат кальцію. Ця сіль служить основною складовою мінералів - фосфоритів і апатитів. Фосфорити і апатити використовуються як сировина у виробництві фосфорних добрив, наприклад, суперфосфату та преципітату.

Солі вугільної кислоти. Карбонат кальцію використовують як сировину для отримання вапна.

Карбонат натрію (соду) застосовують у виробництві скла та при варінні мила.
- Карбонат кальцію в природі зустрічається і у вигляді вапняку, крейди та мармуру.

Матеріальний світ, у якому ми живемо і крихітною частинкою якого ми є, єдиний і водночас нескінченно різноманітний. Єдність і різноманіття хімічних речовин цього світу найбільш яскраво проявляється у генетичному зв'язку речовин, що відбивається у так званих генетичних рядах.

Генетичноїназивають зв'язок між речовинами різних класів, заснований на їх взаємоперетворення.

Якщо основу генетичного ряду в неорганічній хімії складають речовини, утворені одним хімічним елементом, то основу генетичного ряду в органічній хімії (хімії вуглецевих сполук) складають речовини з однаковим числом атомів вуглецю в молекулі.

Контроль знань:

1. Дати визначення солей, основ, кислот, їх характеристику, основних характерних реакцій.

2.Чому кислоти та основи об'єднуються в групу гідроксиди? Що вони спільного і чим вони відрізняються? Чому луг потрібно приливати до розчину солі алюмінію, а чи не навпаки?

3. Завдання: Наведіть приклади рівнянь реакцій, що ілюструють зазначені загальні властивості нерозчинних основ.

4. Завдання: Визначте рівень окислення атомів металевих елементів у наведених формулах. Яка закономірність простежується між їх ступенем окиснення в оксиді та основі?

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

Пропрацювати: Л2.стр.162-172, переказ конспекту лекції №5.

Записати рівняння можливих реакцій згідно зі схемами, вказати типи реакцій: а) НСl + СаО...;
б) НСl + Аl(ОН) 3 ...;
в) Mg + HCl...;
г) Hg + HCl... .

Розділити речовини за класами сполук.Формули речовин: H 2 SO 4 , NaOH, CuCl 2 , Na 2 SO 4 , CaO, SO 3 , H 3 PO 4 , Fe(OH) 3 , AgNO 3 , Mg(OH) 2 , HCl, ZnO, CO 2 , Cu 2 O, NO 2

Лекція №6.

Тема: Метали. Положення металевих елементів у періодичній системі. Знаходження металів у природі. Метали.Взаємодія металів з неметалами (хлором, сіркою та киснем).

Устаткування: періодична система хімічних елементів, колекція металів, ряд активності металів.

План вивчення теми

(Перелік питань, обов'язкових до вивчення):

1. Положення елементів - металів у періодичній системі, будова їх атомів.

2. Метали як прості речовини. Металевий зв'язок, металеві кристалічні ґрати.

3. Загальні фізичні властивості металів.

4. Поширеність металевих елементів та його сполук у природі.

5. Хімічні властивості елементів-металів.

6. Поняття корозії.

Одноосновна сильна кислота, що є в стандартних умовах безбарвною рідиною, яка при зберіганні жовтіє, може перебувати в твердому стані, що характеризується двома кристалічними модифікаціями (моноклінні або ромбічні грати), при температурах нижче мінус 41,6 оС. Ця речовина з хімічною формулою HNO3 називається азотна кислота. Має молярну масу 63,0 г/моль, а її густина відповідає 1,51 г/см³. Температура кипіння кислоти дорівнює 82,6 оС, процес супроводжується розкладанням (частковим): 4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2. Розчин кислоти з масовою часткою основної речовини, що дорівнює 68 %, кипить при температурі 121 оС. чистої речовини відповідає 1397. Кислота здатна змішуватися з водою у будь-яких співвідношеннях і, будучи сильним електролітом, майже повністю розпадатися на іони H+ та NO3-. Тверді форми - тригідрат і моногідрат мають формули: HNO3. 3H2O та HNO3 . H2O відповідно.

Азотна кислота - корозійно активна, токсична речовина та сильний окислювач. З середньовіччя відома така назва, як «сильна вода» (Aqua fortis). Алхіміки, що відкрили кислоту в 13 столітті, дали таку назву, переконавшись у її надзвичайних властивостях (роз'їдала всі метали, крім золота), що перевершують мільйон разів силу оцтової кислоти, яку в ті часи вважали найактивнішою. Але ще через три століття було встановлено, що роз'їдати навіть золото може суміш таких кислот, як азотна і соляна в об'ємному співвідношенні 1:3, яку з цієї причини і назвали «царська горілка». Поява жовтого відтінку при зберіганні пояснюється накопиченням у ній оксидів азоту. У продажу кислота частіше буває з концентрацією 68%, а при вмісті основної речовини понад 89% її називають «димною».

Хімічні властивості азотної кислоти відрізняють її від розведеної сірчаної або соляної кислот тим, що HNO3 сильніший окислювач, тому ніколи не виділяється водень у реакціях з металами. Завдяки окислювальним властивостям вона реагує також із багатьма неметалами. І в тому, і в іншому випадку завжди утворюється діоксид азоту NO2. В окислювально-відновних реакціях відновлення азоту відбувається до різного ступеня: HNO3, NO2, N2O3, NO, N2O, N2, NH3, що визначається концентрацією кислоти та активністю металу. У молекулах сполук, що утворюються, міститься азот зі ступенем окислення: +5, +4, +3, +2, +1, 0, +3 відповідно. Наприклад, мідь окислюється концентрованою кислотою до нітрату міді (II): Cu + 4HNO3 → 2NO2 + Cu(NO3)2 + 2H2O, а фосфор до метафосфорної кислоти: P + 5HNO3 → 5NO2 + HPO3 + 2H2O.

Інакше взаємодіє розведена азотна кислота з неметалами. Приклад реакції з фосфором: 3P + 5HNO3 +2H2O → 3H3PO4 + 5NO видно, що азот відновлюється до двовалентного стану. В результаті утворюється монооксид азоту, а фосфор окислюється до Концентрована азотна кислота в суміші з соляною кислотою розчиняє золото: Au + 4HCl + HNO3 → NO + H + 2H2O і платину: 3Pt + 18HCl + 4HNO3 → 4NO +3H2 + 8H2O. У цих реакціях на початковому етапі соляна кислота окислюється азотною з виділенням хлору, а потім метали утворюють комплексні хлориди.

Азотна кислота в промислових масштабах виходить трьома основними способами:

1. Перший — взаємодією солей із сірчаною кислотою: H2SO4 + NaNO3 → HNO3 + NaHSO4. Раніше цей спосіб був єдиним, але з появою інших технологій, в даний час його використовують у лабораторних умовах для отримання димної кислоти.
2. Другий – це дуговий спосіб. При продуванні повітря через температуру від 3000 до 3500 оС, частина азоту повітря реагує з киснем, при цьому утворюється монооксид азоту: N2 + O2 → 2NO, який після охолодження окислюється до діоксиду азоту (при високій температурі монооксид з киснем не взаємодіє): O2 + 2NO → 2NO2. Потім практично весь діоксид азоту, при надлишку кисню, розчиняється у воді: 2H2O +4NO2 + O2 → 4HNO3.
3. Третій – це аміачний спосіб. Аміак окислюється на платиновому каталізаторі до монооксиду азоту: 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O. Нитрозні гази, що утворилися, охолоджуються, і утворюється діоксид азоту, який поглинається водою. Цим способом одержують кислоту з концентрацією від 60 до 62%.

Азотна кислота у промисловості широко застосовується отримання ліків, барвників, азотних добрив і солей азотної кислоти. Крім того, вона використовується для розчинення металів (наприклад, мідь, свинець, срібло), які не реагують на інші кислоти. У ювелірній справі використовується визначення золота в сплаві (це спосіб є основним).

Азотна кислота: властивості та реакції,
лежать в основі виробництва

9 клас

Приходячи на урок хімії, хлопці хочуть дізнатися про нове та застосувати свої знання, особливо їм подобається самостійно добувати інформацію та експериментувати. Цей урок побудований так, щоб, вивчаючи новий матеріал, учні могли залучити раніше набуті знання: будову атома азоту, типи хімічного зв'язку, електролітичну дисоціацію, окисно-відновлювальні реакції, техніку безпеки під час проведення експерименту.

Цілі.Повторити класифікацію та властивості оксидів азоту, а також загальні властивості азотної кислоти у світлі теорії електролітичної дисоціації (ТЕД). Ознайомити учнів з окислювальними властивостями азотної кислоти з прикладу взаємодії розбавленої і концентрованої кислоти з металами. Дати поняття про способи отримання азотної кислоти та сферах її застосування.

Устаткування.На кожному столі перед учнями план уроку, схема взаємодії азотної кислоти з металами, набір реактивів, тести закріплення вивченого матеріалу.

План уроку

Оксиди азоту.

Склад та будова молекули азотної кислоти.

Фізичні властивості азотної кислоти.

Хімічні властивості азотної кислоти.

Одержання азотної кислоти.

Застосування азотної кислоти.

Закріплення матеріалу (тест з варіантів).

ХІД УРОКУ

Оксиди азоту

Вчитель.Згадайте та напишіть формули оксидів азоту. Які оксиди називаються солеутворюючими, які – несолетворчими? Чому?

Учні самостійно записують формули п'яти оксидів азоту, називають їх, згадують азотовмісні кисневі кислоти та встановлюють відповідність між оксидами та кислотами. Один із учнів записує на дошці (таблиця).

Таблиця

Зіставлення оксидів азоту, кислот та солей

Демонстраційний досвід:
взаємодія оксиду азоту(IV) з водою

Вчитель. У посудину з NO 2 приливаємо трохи води і збовтуємо вміст, потім випробовуємо отриманий розчин лакмусом.

Що спостерігаємо? Розчин червоніє через дві кислоти, що утворилися.

2NO 2 + H 2 O = HNO 2 + HNO 3 .

Ступінь окислення азоту в NO 2 дорівнює +4, тобто. вона є проміжною між +3 і +5, які у розчині стійкіші, тому оксиду азоту(IV) відповідають відразу дві кислоти – азотиста та азотна.

Склад та будова молекули

Вчитель.На дошці запишіть молекулярну формулу азотної кислоти, обчисліть її молекулярну масу та відзначте ступеня окиснення елементів. Складіть структурну та електронну формули.

Учні становлять такі формули (рис. 1).

Рис. 1. Невірні структурна та електронна формули азотної кислоти

Вчитель.Відповідно до цих формул навколо азоту обертається десять електронів, але цього не може бути, т.к. азот знаходиться у другому періоді і максимально на зовнішньому шарі у нього може бути лише вісім електронів. Ця суперечність усувається, якщо припустити, що між атомом азоту та одним з атомів кисню утворюється ковалентний зв'язок за донорно-акцепторним механізмом(Рис. 2).

Рис. 2. Електронна формула азотної кислоти.
Електрони атома азоту позначені чорними точками

Тоді структурну формулу азотної кислоти можна було б зобразити так(Рис. 3) :

Рис. 3. Структурна формула азотної кислоти
(донорно-акцепторний зв'язок показаний стрілкою)

Однак дослідним шляхом доведено, що подвійний зв'язок рівномірно розподілено між двома атомами кисню. Ступінь окислення азоту в азотній кислоті дорівнює +5, а валентність (зверніть увагу) дорівнює чотирьом, бо є лише чотири загальні електронні пари.

Фізичні властивості азотної кислоти

Вчитель.Перед вами флакони з розведеною та концентрованою азотною кислотою. Опишіть фізичні властивості, які ви спостерігаєте.

Учні описують азотну кислоту як рідина важча за воду, жовтуватого кольору, з різким запахом. Розчин азотної кислоти без кольору та без запаху.

Вчитель. Додам, що температура кипіння азотної кислоти +83 °С, температура замерзання –41 °З, тобто. за звичайних умов це рідина. Різкий запах і те, що при зберіганні вона жовтіє, пояснюється тим, що концентрована кислота є малостійкою і під дією світла або при нагріванні частково розкладається.

Хімічні властивості кислоти

Вчитель. Згадайте, з якими речовинами взаємодіють кислоти?(Учні називають.)

Перед вами реактиви, проробіть перелічені реакції* та запишіть свої спостереження (реакції записувати треба у світлі ТЕД).

А тепер звернемося до специфічних властивостей азотної кислоти.

Ми наголосили, що кислота при зберіганні жовтіє, тепер доведемо це хімічною реакцією:

4HNO 3 = 2H 2 O + 4NO 2 + O 2 .

(Учні самостійно записують електронний баланс реакції.)

«Бурий газ», що виділяється(NO 2) фарбує кислоту.

Особливо поводиться ця кислота по відношенню до металів. Ви знаєте, що метали витісняють водень із розчинів кислот, але при взаємодії з азотною кислотою цього не відбувається.

Подивіться на схему у вас на парті, де показано, які гази виділяються при реакції кислоти різної концентрації з металами. (Робота зі схемою.)

Рис. 4. Схема взаємодії азотної кислоти з металами

Демонстраційний досвід:
взаємодія концентрованої азотної кислоти з міддю

Дуже ефективна демонстрація реакції азотної кислоти (конц.) з порошком міді або дрібно нарізаними шматочками мідного дроту:

Учні самостійно записують електронний баланс реакції:

Одержання кислоти

Вчитель. Урок буде неповним, якщо ми не розглянемо питання одержання азотної кислоти.

Лабораторний спосіб: дія концентрованої сірчаної кислоти на нітрати (рис. 5).

NaNO3+H2SO4=NaHSO4+HNO3.

У промисловості кислоту в основному одержують аміачним способом.

Рис. 5. Для отримання азотної кислоти в лабораторії досі
зручно використовувати старовинний хімічний посуд – реторту

Спосіб одержання кислоти з азоту та кисню при температурі понад 2000 °С (електродуговий) особливого поширення не отримав.

У Росії її історія отримання азотної кислоти пов'язані з ім'ям хіміка-технолога Івана Івановича Андреева (1880–1919).

Він у 1915 р. створив першу установку з виробництва кислоти з аміаку та реалізував розроблений спосіб у заводському масштабі у 1917 р. Перший завод був побудований у Донецьку.

Цей метод включає кілька етапів.

1) Підготовка аміачно-повітряної суміші.

2) Окислення аміаку киснем повітря на платиновій сітці:

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O.

3) Подальше окислення оксиду азоту(II) до оксиду азоту(IV):

2NO + O2 = 2NO2.

4) Розчинення оксиду азоту(IV) у воді та одержання кислоти:

3NO2+H2O=2HNO3+NO.

Якщо розчинення проводити у присутності кисню, весь оксид азоту(IV) перетворюється на азотну кислоту.

5) Заключний етап отримання азотної кислоти – очищення газів, які у атмосферу, від оксидів азоту. Склад цих газів: до 98% азоту, 2-5% кисню та 0,02-0,15% оксидів азоту. (Азот спочатку був у повітрі, взятому для окислення аміаку.) Якщо оксидів азоту в цих газах більше 0,02%, то спеціально проводять каталітичне відновлення їх до азоту, тому що навіть такі малі кількості цих оксидів призводять до великих екологічних проблем.

Після всього сказаного постає питання: а навіщо нам потрібна кислота?

Застосування кислоти

Вчитель.Азотну кислоту використовують для виробництва: азотних добрив, і в першу чергу аміачної селітри (як її одержують?); вибухових речовин (чому?); барвників; нітратів, про які йтиметься на наступному уроці.

Закріплення матеріалу

Фронтальне опитування класу

– Чому рівень окислення азоту в азотній кислоті +5, а валентність чотири?

– З якими металами азотна кислота не входить у реакцію?

– Вам потрібно розпізнати соляну та азотну кислоти, на столі три метали – мідь, алюміній та залізо. Як ви вчините і чому?

Тест

Варіант 1

1. Який ряд чисел відповідає розподілу електронів за енергетичними рівнями в атомі азоту?

1) 2, 8, 1; 2) 2, 8, 2; 3) 2, 4; 4) 2, 5.

2. Закінчіть рівняння практично здійсненних реакцій:

1) HNO 3 (розб.) + Cu …;

2) Zn + HNO 3 (конц.) …;

3) HNO 3 + MgCO 3 …;

4) CuO + KNO 3 … .

3. Вкажіть, яке рівняння ілюструє одну із стадій процесу промислового виробництва азотної кислоти.

1) 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O;

2) 5HNO 3 + 3P + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO;

3) N 2 + O 2 = 2NO.

4. Негативний ступінь окислення проявляється азотом у поєднанні:

1) N 2 O; 2) NO; 3) NO 2; 4) Na 3 N.

5. Взаємодія мідної стружки з концентрованою азотною кислотою призводить до утворення:

1) NO 2; 2) NO; 3) N 2; 4) NH 3 .

Варіант 2

1. Значення вищої валентності азоту одно:

1) 1; 2) 2; 3) 5; 4) 4.

2. Запишіть можливу взаємодію концентрованої азотної кислоти з наступними металами: натрій, алюміній, цинк, залізо, хром.

3. Виберіть речовини, які є сировиною для виробництва азотної кислоти:

1) азот та водень;

2) аміак, повітря та вода;

3) нітрати.

4. Концентрована азотна кислота не реагує з:

1) вуглекислим газом;

2) соляною кислотою;

3) вуглецем;

4) гідроксидом барію.

5. При взаємодії дуже розведеної кислоти з магнієм утворюється:

1) NO 2; 2) NO; 3) N 2 O; 4) NH 4 NO 3 .

* Наприклад, можна запропонувати хлопцям зробити наступні лабораторні досліди.

1) До пробірки з розчином азотної кислоти додайте лакмус і поступово додавайте розчин гідроксиду натрію. Спостереження запишіть.

2) Покладіть у пробірку трохи крейди, додайте|добавляйте| розведену азотну кислоту.

3) Покладіть у пробірку трохи оксиду міді(II), додайте розведену азотну кислоту. Якого кольору розчин? Затисніть пробірку у тримачі та погрійте. Як змінюється колір розчину? Про що говорить зміна кольору? - Прим. ред.

Азотна кислота- безбарвну рідину з їдким запахом, щільністю 1,52 г/см3 температура кипіння 84°С, при температурі -41°С твердне в безбарвну кристалічну речовину. Зазвичай застосована практично, концентрована азотна кислота містить 65 - 70% HNO3 (максимальна щільність 1, 4 г/см3); з водою кислота поєднується в будь-яких співвідношеннях. Існує також димна азотна кислота з концентрацією 97 - 99%.

Азотна кислотависокої концентрації виділяє на повітрі гази, які у закритій пляшці виявляються як коричневих парів (оксиди азоту). Ці гази дуже отруйні, тому потрібно остерігатися їх вдихання. Азотна кислота окислює багато органічних речовин. Папір і тканини руйнуються внаслідок окислення речовин, що утворюють ці матеріали. Концентрована азотна кислота викликає сильні опіки при тривалому контакті та пожовтіння шкіри на кілька днів при короткому контакті. Пожовтіння шкіри свідчить про руйнування білка та виділення сірки (якісна реакція на концентровану азотну кислоту – жовте забарвлення через виділення елементної сірки при дії кислоти на білок – ксантопротеїнова реакція). Тобто – це опік шкіри.

Щоб запобігти опіку, слід працювати з концентрованою азотною кислотою у гумових рукавичках. У той же час поводження з азотною кислотою менш небезпечно, ніж, наприклад, із сірчаною, вона швидко випаровується і не залишається у несподіваних місцях. Бризки азотної кислоти слід змивати великою кількістю води, а ще краще змочувати розчином соди.

Димна азотна кислота при зберіганні під дією теплоти і на світлі частково розкладається:

4HNO3 = 2H2O + 4NO2 + O2.

Чим вище температура і що концентрованіша кислота, то швидше йде розкладання. Тому зберігають її в прохолодному та темному місці. Діоксид азоту, що виділяється, розчиняється в кислоті і надає їй бурого забарвлення.

Розведену кислоту легко приготувати, виливаючи концентровану кислоту у воду.

Розведену азотну кислоту зберігають та перевозять у тарі з хромистої сталі, концентровану – в алюмінієвій тарі, т.к. концентрована кислота пасивує алюміній, залізо та хром через утворення нерозчинних плівок оксидів:

2Al + 6HNO3 = Al2O3 + 6NO2 + 3H2O.

Невеликі кількості зберігають у скляних пляшках. Азотна кислота сильно роз'їдає гуму. Тому пляшки мають бути з притертими чи поліетиленовими пробками.

Застосовують азотну кислоту в основному у вигляді водних розчинів, є однією з складових частинцарської горілки міститься в пробірних кислотах. У промисловості застосовують для отримання комбінованих азотних добрив, для розчинення руд і концентратів, у виробництві сірчаної кислоти, різних органічних нітропродуктів, ракетної техніки як окислювач пального і т. д.

Промислове одержання азотної кислоти

Сучасні промислові способи одержання азотної кислоти засновані на каталітичному окисненні аміаку киснем повітря. При описі властивостей аміаку було зазначено, що він горить у кисні, причому продуктами реакції є вода і вільний азот. Але в присутності каталізаторів – окислення аміаку киснем може протікати інакше.

Якщо пропускати суміш аміаку з повітрям над каталізатором, то при 750 ° С і певному складі суміші відбувається майже повне перетворення

NO, що утворився, легко переходить у NO2, який з водою в присутності кисню повітря дає азотну кислоту.

Як каталізатори при окисленні аміаку використовують сплави на основі платини.
Отримана окисленням аміаку азотна кислота має концентрацію, що не перевищує 60%. При необхідності її концентрують,
Промисловістю випускається розведена азотна кислота концентрацією 55, 47 і 45%, а концентрована-98 і 97%,

Застосування азотної кислоти

Кислота азотна застосовується у виробництво азотних та комбінованих добрив (натрієвої, аміачної, кальцієвої та калієвої селітри, нітрофосу, нітрофоски), різних сірчанокислих солей, вибухових речовин (тринітротолуолу та ін.), органічних барвників.

В органічному синтезі широко застосовується суміш концентрованої азотної кислоти та сірчаної кислоти - «нітруюча суміш».

У металургії азотна кислота застосовується для розчинення та травлення металів, а також для поділу золота та срібла. Також азотну кислоту застосовують у хімічній промисловості, у виробництві вибухових речовин, у виробництві напівпродуктів для отримання синтетичних барвників та інших хімікатів.

Кислота азотна технічна використовується при нікелюванні, гальванізації та хромуванні деталей, а також у поліграфічній промисловості. Широко використовується кислота азотна у молочній, електротехнічній промисловості.

Щільність розчинів різної концентрації азотної кислоти

І воду.

У напівтемряві ж, кислота з водою легко поєднується в будь-яких пропорціях. У речовини є кристалічний стан.

Воно може бути моноклинним та ромбічним. Це вказує на форму осередків кристалічних ґрат.

Моноклінна складена з нахилених паралелепіпедів, а ромбічна відповідно з ромбів.

Чи відрізняються властивості розчинів від неї, як речовина видобувається і де застосовується? Запитання задано, залишається дати на низ відповіді.

Властивості азотної кислоти

У звичайних умовах кристалічну кислоту можна бачити лише у спекотних країнах.

У стан безбарвна рідина переходить лише при 42 градусах Цельсія. До цієї позначки речовина залишається рідкою і ширяє.

При цьому реагент випромінює різкий, задушливий запах. З ним, власне, пов'язана історія відкриття азотної кислоти. Виявив її Даніель Резерфорд.

Шотландець вивчав продукти спалювання. У ході робіт виділявся газ, який хімік назвав задушливим повітрям.

Вчений зазначив, що речовина не підтримує горіння та непридатна для дихання.

Пізніше, з'ясувалося формула азотної кислоти: - HNO 3 . Виходить, речовина одноосновна.

Так називають , до складу яких входить лише один атом водню. З водою речовина поєднується в будь-яких пропорціях.

Тому, існує концентрована азотна кислотата неконцентрована.

Перша активно димить, тобто летюча. Хімічні властивості концентрату різняться з розбавленою версією.

Якщо кислоти в розчині близько 60%, він буде реагувати з усіма металами крім , , , , , і .

Звідси висновок, у якій тарі потрібно зберігати речовину. і фляги, звісно, ​​не вигідні.

А ось ємності із заліза та алюмінію і бюджетні, і надійні, оскільки закривають кислоту від світла. Головне, не вибрати тару з міді. Азотна кислотаїї розчинить.

Реагуючи з металами, концентрований розчин азотної кислотивиділяє бурий газ. Його формула: - NО 2 .

Паралельно утворюються кислоти. Залежно від розчиненого металу реакції різняться.

При взаємодії з поруч до утворюються діоксиди, і виділяється кисень.

Реакція із солями металів, що знаходяться після магнію до , дає бурий газ, оксид азоту та кисень.

Якщо до кислоти приєднається сіль будь-якого металу після міді, метал відокремиться. Разом з ним виділяються бурий газ та кисень.

Розведена азотна кислотареагує з більшістю тих же металів, проте, окислюється у своїй до аміаку.

До такого результату призводить взаємодія, наприклад, з елементами лужноземельної групи. У реакцію вступає і залізо.

Так що, розведену кислоту в ємностях з ферум краще не зберігати.

Підсумком взаємодії з азотною кислотоюрозведеного типу може стати не лише аміак, а й аміачна селітра.

Найрідкісніший варіант - закис азоту. Її дасть, наприклад, реакція з магнієм. З рештою металів азотна кислота утворює оксид азоту.

Його можна отримати, зокрема, при взаємодії із . Випаде оксид аргентуму, утворюється вода та оксид азоту.

За цією ж схемою проходять реакції кислоти з неметалами, тільки замість формується сірчана кислота.

З реакцій з іншими кислотами примітно змішування із соляною. Останньою беруть 3 частини, а першою – одну. Виходить.

Її так назвали, оскільки речовина розчиняє навіть метал правителів, сильних світу цього.

На таке не здатна жодна з чистих кислот. Шляхетні метали їм піддаються рідко, а зовсім ніколи.

Видобуток азотної кислоти

У невеликих кількостях речовину можна видобувати навіть з повітря, причому, в прямому сенсі. Не секрет, що азот – одна із складових атмосфери.

На 15-й газ у ній припадає 78%. Азот реагує з киснем, утворюючи оксид. Подальше окиснення дає діоксид азоту. Це той самий бурий газ.

Він і реагує з водою, завись якої, як відомо, є в повітрі. Вступаючи в контакт із хмарами, туманом, бурий газ переходить у азотну кислоту.

Масова частка азотної кислотив атмосфері настільки мала, що речовина не завдає шкоди людині та й іншим живим організмам.

Для промислового видобутку кислота з повітря теж годиться. На заводах користуються іншими схемами.

Перша: - виробництво азотної кислотиз аміаку. Спочатку проводять його конверсію, тобто, дроблення складу вихідної газової суміші.

Реакція відбувається на платинородієвих сітках при температурі близько 1000 градусів Цельсія. Так одержують оксид азоту. Його окислюють до діоксиду.

Це друга стадія процесу. Після цього, оксиди азоту абсорбують водою. У результаті виходить азотна кислота і чиста вода.

Описаний метод призводить до утворення розведеної кислоти. Можлива наступна концентрація.

Тому метод найбільш популярний, адже споживачам потрібна як насичена, так і ненасичена кислоти.

Працюючи з аміаком, промисловці «вбивають одним пострілом двох зайців».

Другий метод виробництва реактиву призводить відразу до отримання концентрату. Мова про прямий синтез із оксидів азоту. Беруть рідкі.

Вони взаємодіють з водою та киснем. Такі реакції з азотною кислотоюпроходять під тиском у 5 мегапаскалів.

Виходить діоксид азоту. У звичайних умовах він перетворюється на рідкий стан. Окислення аміаку дає подвійний оксид азоту.

У газовій суміші його близько 11%. Зріджують діоксид під тиском. За стандартних умов перехід неможливий.

Застосування азотної кислоти

Як складова царської горілки азотна кислота є частиною кислот. З їхньою допомогою вивчають якість.

Без відповідних досліджень не надійдуть до, а – на прилавки.

Перш ніж апробувати та продати дорогоцінний метал, його потрібно видобути. У цьому теж допомагають азотна кислота та царська горілка.

Ними обробляють руди, виводячи необхідні елементи розчин. Залишається осадити метали та осушити, очистити від домішок. Так видобувають не лише шляхетні, а й неблагородні елементи.

З металів, як відомо, роблять , та якщо з них, наприклад, техніку. Якщо розглядати повітряну та космічну, у них є чиста кислота.

Її домішують до палива, отримуючи оксид. Азотна кислотавиступає у ролі окислювача. .

Усе це солі, об'єднані назвою "селітри". Азот дозволяє рослинам швидко розвиватись, підвищує врожайність.

Справа в тому, що 15-ий елемент входить до складу хлорофілу. Це зелений пігмент рослин, що відповідає за засвоєння енергії.

Що більше освоєної енергії, то краще розвиток трав, чагарників, дерев.

Слово «селітра» на слуху та у піротехніків. Азотна кислота – основа вибухових речовин.

Аміачної селітри у більшості з них близько 60%. Залишки – дизельне паливо, чи інше пальне. Отримати можна як нешкідливий феєрверк, так і військову бомбу.

Ціна азотної кислоти

Азотна кислота, як і більшість затребуваних кислот, буває чистою та технічною, обтяженою домішками. Остання дешевша.

Чистий реагент дорожчий. Для довідки ГОСТ 4461-77 – норма для очищеної кислоти.

Реагент російського виробництва коштує близько 30-55-ти рублів за кілограм. Цінник залежить від концентрації розчину.

Для технічної кислоти верхня цінова межа зазвичай становить 40 за кіло. Передбачено і велике фасування.

Є, наприклад, 25-літрові каністри, в які розливається азотна кислота.

Придбатиреагент з максимальним зиском дозволяють оптові замовлення. Такі йдуть на підприємства, де знають правила поводження з реагентом.

Він роз'їдає як метали, а й слизові. Пари речовини можуть утруднити дихання, пошкодити трахеї, тканини носа, що вистилають.

Тому з кислотою працюють лише в масках. За порушення правил, крім труднощів з диханням, настає отруєння.

Інтоксикація виявляється у блюванні, корості, порушеннях зору, нюху. Більш-менш нешкідливі лише слабкі розчини реагенту.

Саме такі, наприклад, використовують у шкільних лабораторіях. Вчитися поводженню з хімічними реагентами варто змалку.