L'acido nitrico HNO 3 è un liquido incolore, ha un odore pungente ed evapora facilmente. Se viene a contatto con la pelle, l'acido nitrico può causare gravi ustioni (sulla pelle si forma una caratteristica macchia gialla, va immediatamente lavata con abbondante acqua e poi neutralizzata con NaHCO 3 soda)
Acido nitrico
Formula molecolare: HNO 3 , B(N) = IV, C.O. (N) = +5
L'atomo di azoto forma 3 legami con gli atomi di ossigeno mediante il meccanismo di scambio e 1 legame mediante il meccanismo donatore-accettore.
Proprietà fisiche
L'HNO 3 anidro a temperatura ordinaria è un liquido volatile incolore con un odore specifico (bp 82,6 "C).
L'HNO 3 "fumante" concentrato ha un colore rosso o giallo, poiché si decompone con il rilascio di NO 2 . L'acido nitrico è miscibile con l'acqua in qualsiasi rapporto.
Come ottenere
I. Industriale - Sintesi a 3 stadi secondo lo schema: NH 3 → NO → NO 2 → HNO 3
Fase 1: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O
Fase 2: 2NO + O 2 = 2NO 2
Fase 3: 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O = 4HNO 3
II. Laboratorio - riscaldamento prolungato di salnitro con conc. H2SO4:
2NaNO 3 (solido) + H 2 SO 4 (conc.) = 2HNO 3 + Na 2 SO 4
Ba (NO 3) 2 (tv) + H 2 SO 4 (conc.) = 2HNO 3 + BaSO 4
Proprietà chimiche
HNO 3 come acido forte mostra tutte le proprietà generali degli acidi
HNO 3 → H + + NO 3 -
HNO 3 è una sostanza molto reattiva. Nelle reazioni chimiche si manifesta come acido forte e come forte agente ossidante.
HNO 3 interagisce:
a) con ossidi metallici 2HNO 3 + CuO = Cu(NO 3) 2 + H 2 O
b) con basi e idrossidi anfoteri 2HNO 3 + Cu(OH) 2 = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O
c) con sali di acidi deboli 2HNO 3 + CaCO 3 = Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O
d) con ammoniaca HNO 3 + NH 3 = NH 4 NO 3
La differenza tra HNO 3 e altri acidi
1. Quando HNO 3 interagisce con i metalli, H 2 non viene quasi mai rilasciato, poiché gli ioni H + dell'acido non partecipano all'ossidazione dei metalli.
2. Invece degli ioni H +, gli anioni NO 3 hanno un effetto ossidante.
3. HNO 3 è in grado di dissolvere non solo i metalli situati nella riga di attività a sinistra dell'idrogeno, ma anche i metalli poco attivi: Cu, Ag, Hg. In una miscela con HCl, dissolve anche Au, Pt.
HNO 3 è un agente ossidante molto forte
I. Ossidazione dei metalli:
Interazione di HNO 3: a) con attività bassa e media Me: 4HNO 3 (conc.) + Сu = 2NO 2 + Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O
8HNO 3 (razb.) + 3Сu \u003d 2NO + 3Cu (NO 3) 2 + 4H 2 O
b) con Me attivo: 10HNO 3 (razb.) + 4Zn \u003d N 2 O + 4Zn (NO 3) 2 + 5H 2 O
c) con alcalino e alcalino terroso Me: 10HNO 3 (molto diluito) + 4Са = NH 4 NO 3 + 4Ca (NO 3) 2 + 3H 2 O
HNO 3 molto concentrato a temperatura normale non dissolve alcuni metalli, inclusi Fe, Al, Cr.
II. Ossidazione dei non metalli:
HNO 3 ossida P, S, C al loro S.O. superiore, mentre si riduce a NO (HNO 3 diluito) o a NO 2 (HNO 3 conc).
5HNO 3 + P \u003d 5NO 2 + H 3 PO 4 + H 2 O
2HNO 3 + S = 2NO + H 2 SO 4
III. Ossidazione di sostanze complesse:
Particolarmente importanti sono le reazioni di ossidazione di alcuni solfuri di Me, che sono insolubili in altri acidi. Esempi:
8HNO 3 + PbS \u003d 8NO 2 + PbSO 4 + 4H 2 O
22HNO 3 + 3Сu 2 S \u003d 10NO + 6Cu (NO 3) 2 + 3H 2 SO 4 + 8H 2 O
HNO 3 - agente nitrante nelle reazioni di sintesi organica
R-H + HO-NO 2 → R-NO 2 + H 2 O
C 2 H 6 + HNO 3 → C 2 H 5 NO 2 + H 2 O nitroetano
C 6 H 5 CH 3 + 3HNO 3 → C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 + ZH 2 O trinitrotoluene
C 6 H 5 OH + 3HNO 3 → C 6 H 5 (NO 2) 3 OH + ZH 2 O trinitrofenolo
HNO 3 esterifica gli alcoli
R-OH + HO-NO 2 → R-O-NO 2 + H 2 O
C 3 H 5 (OH) 3 + 3HNO 3 → C 3 H 5 (ONO 2) 3 + ZH 2 O trinitrato di glicerolo
Decomposizione di HNO 3
Se conservate alla luce, e specialmente se riscaldate, le molecole di HNO 3 si decompongono a causa del redox intramolecolare:
4HNO 3 \u003d 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O
Viene rilasciato un gas velenoso rosso-marrone NO 2, che migliora le proprietà ossidanti aggressive di HNO 3
Sali dell'acido nitrico - nitrati Me (NO 3) n
I nitrati sono sostanze cristalline incolori, solubili in acqua. Hanno proprietà chimiche caratteristiche dei sali tipici.
Caratteristiche distintive:
1) decomposizione redox quando riscaldato;
2) forti proprietà ossidanti dei nitrati di metalli alcalini fusi.
Decomposizione termica
1. Decomposizione di nitrati di metalli alcalini e alcalino terrosi:
Me(NO 3) n → Me(NO 2) n + O 2
2. Decomposizione dei nitrati metallici nella serie di attività dei metalli da Mg a Cu:
Me(NO 3) n → Me x O y + NO 2 + O 2
3. Decomposizione dei nitrati metallici nella serie di attività dei metalli sopra Cu:
Me(NO 3) n → Me + NO 2 + O 2
Esempi di reazioni tipiche:
1) 2NaNO 3 \u003d 2NaNO 2 + O 2
2) 2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2
3) 2AgNO 3 \u003d 2Ag + 2NO 2 + O 2
Azione ossidativa di fusioni di nitrati di metalli alcalini
In soluzioni acquose, i nitrati, a differenza di HNO 3 , non mostrano quasi alcuna attività ossidativa. Tuttavia, le fusioni di metalli alcalini e nitrati di ammonio (nitrato) sono forti agenti ossidanti, poiché si decompongono con il rilascio di ossigeno attivo.
DEFINIZIONE
Puro Acido nitrico- un liquido incolore, a -42 o C che solidifica in una massa cristallina trasparente (la struttura della molecola è mostrata in Fig. 1).
Nell'aria, come l'acido cloridrico concentrato, "fuma", poiché i suoi vapori formano piccole goccioline di nebbia con l'umidità dell'aria.
L'acido nitrico non è forte. Già sotto l'influenza della luce, si decompone gradualmente:
4HNO 3 \u003d 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O.
Maggiore è la temperatura e più concentrato è l'acido, più rapida è la decomposizione. Il biossido di azoto rilasciato si dissolve nell'acido e gli conferisce un colore marrone.
Riso. 1. La struttura della molecola di acido nitrico.
Tabella 1. Proprietà fisiche dell'acido nitrico.
Ottenere acido nitrico
L'acido nitrico si forma a seguito dell'azione di agenti ossidanti sull'acido nitroso:
5HNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5HNO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O.
L'acido nitrico anidro può essere ottenuto per distillazione a pressione ridotta di una soluzione concentrata di acido nitrico in presenza di P 4 O 10 o H 2 SO 4 in tutte le apparecchiature di vetro senza lubrificazione al buio.
Il processo industriale per la produzione di acido nitrico si basa sull'ossidazione catalitica dell'ammoniaca su platino riscaldato:
NH 3 + 2O 2 \u003d HNO 3 + H 2 O.
Proprietà chimiche dell'acido nitrico
L'acido nitrico è uno degli acidi più forti; in soluzioni diluite, si dissocia completamente in ioni. I suoi sali sono chiamati nitrati.
HNO 3 ↔ H + + NO 3 -.
Una proprietà caratteristica dell'acido nitrico è la sua spiccata capacità ossidante. L'acido nitrico è uno degli ossidanti più energetici. Molti non metalli vengono facilmente ossidati da esso, trasformandosi nei corrispondenti acidi. Quindi, quando lo zolfo viene bollito con acido nitrico, si ossida gradualmente in acido solforico, il fosforo in acido fosforico. Una brace ardente immersa in HNO 3 concentrato divampa brillantemente.
L'acido nitrico agisce su quasi tutti i metalli (ad eccezione di oro, platino, tantalio, rodio, iridio), trasformandoli in nitrati e alcuni metalli in ossidi.
L'acido nitrico concentrato passiva alcuni metalli.
Quando l'acido nitrico diluito reagisce con metalli inattivi, come il rame, viene rilasciato biossido di azoto. Nel caso di metalli più attivi - ferro, zinco - si forma ossido di diazoto. L'acido nitrico altamente diluito reagisce con metalli attivi - zinco, magnesio, alluminio - per formare uno ione ammonio, che dà nitrato di ammonio con acido. Di solito si formano più prodotti contemporaneamente.
Cu + HNO 3 (conc) = Cu(NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O;
Cu + HNO 3 (diluito) = Cu(NO 3) 2 + NO + H 2 O;
Mg + HNO 3 (diluito) = Mg (NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O;
Zn + HNO 3 (altamente diluito) = Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O.
Sotto l'azione dell'acido nitrico sui metalli, l'idrogeno, di regola, non viene rilasciato.
S + 6HNO 3 \u003d H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O;
3P + 5HNO 3 + 2H 2 O \u003d 3H 3 PO 4 + 5NO.
Una miscela composta da 1 volume di acido nitrico e 3-4 volumi di acido cloridrico concentrato è chiamata acqua regia. La vodka reale dissolve alcuni metalli che non interagiscono con l'acido nitrico, incluso il "re dei metalli": l'oro. La sua azione è spiegata dal fatto che l'acido nitrico ossida l'acido cloridrico con il rilascio di cloro libero e la formazione di cloruro di azoto (III), o cloruro di nitrosile, NOCl:
HNO 3 + 3HCl \u003d Cl 2 + 2H 2 O + NOCl.
L'uso di acido nitrico
L'acido nitrico è uno dei composti azotati più importanti: viene consumato in grandi quantità nella produzione di fertilizzanti azotati, esplosivi e coloranti organici, funge da agente ossidante in molti processi chimici, viene utilizzato nella produzione di acido solforico dal nitroso metodo, ed è usato per fare vernici di cellulosa, film.
Esempi di risoluzione dei problemi
ESEMPIO 1
Acido nitrico: proprietà e reazioni,
produzione sottostante
Grado 9
Venendo a una lezione di chimica, i ragazzi vogliono imparare cose nuove e applicare le loro conoscenze, a loro piace soprattutto ottenere informazioni e sperimentare da soli. Questa lezione è strutturata in modo che, mentre studiano nuovo materiale, gli studenti possano attingere alle conoscenze acquisite in precedenza: la struttura dell'atomo di azoto, i tipi di legami chimici, la dissociazione elettrolitica, le reazioni redox, le precauzioni di sicurezza durante l'esperimento.
Obiettivi. Rivedere la classificazione e le proprietà degli ossidi di azoto, nonché le proprietà generali dell'acido nitrico alla luce della teoria della dissociazione elettrolitica (TED). Far conoscere agli studenti le proprietà ossidanti dell'acido nitrico usando l'esempio dell'interazione di acidi diluiti e concentrati con i metalli. Per dare un'idea dei metodi per ottenere l'acido nitrico e le aree della sua applicazione.
Attrezzatura. Su ogni tavolo davanti agli studenti c'è un piano di lezione, un diagramma dell'interazione dell'acido nitrico con i metalli, una serie di reagenti, test per consolidare il materiale studiato.
P l n u r o k a
ossido d'azoto.
La composizione e la struttura della molecola di acido nitrico.
Proprietà fisiche dell'acido nitrico.
Proprietà chimiche dell'acido nitrico.
Ottenere acido nitrico.
Applicazione di acido nitrico.
Consolidamento del materiale (test per opzioni).
DURANTE LE CLASSI
ossido d'azoto
Insegnante.Ricorda e scrivi le formule degli ossidi di azoto. Quali ossidi sono detti saliformi e quali non salinizzanti? Perché?
Gli studenti annotano in modo indipendente le formule di cinque ossidi di azoto, li nominano, ricordano gli acidi dell'ossigeno contenenti azoto e stabiliscono una corrispondenza tra ossidi e acidi. Uno degli studenti scrive sulla lavagna (tavolo).
Tavolo
Confronto tra ossidi di azoto, acidi e sali
Esperienza dimostrativa:
interazione dell'ossido nitrico (IV) con l'acqua
Insegnante. in una nave con NO 2 aggiungere un po 'd'acqua e agitare il contenuto, quindi testare la soluzione risultante con tornasole.
Cosa stiamo osservando? La soluzione diventa rossa a causa della formazione di due acidi.
2NO 2 + H 2 O \u003d HNO 2 + HNO 3.
Stato di ossidazione dell'azoto in NO 2 uguale a +4, cioè è intermedio tra +3 e +5, che sono più stabili in soluzione, quindi due acidi corrispondono contemporaneamente all'ossido nitrico (IV): nitroso e nitrico.
Composizione e struttura della molecola
Insegnante.Annotare alla lavagna la formula molecolare dell'acido nitrico, calcolarne il peso molecolare e annotare gli stati di ossidazione degli elementi. Crea formule strutturali ed elettroniche.
Gli studenti compongono le seguenti formule (Fig. 1).
Riso. 1. Formule strutturali ed elettroniche errate dell'acido nitrico
Insegnante.Secondo queste formule, dieci elettroni ruotano attorno all'azoto, ma questo non può essere, perché. l'azoto è nel secondo periodo e, al massimo, può avere solo otto elettroni sullo strato esterno. Questa contraddizione viene eliminata se assumiamo che si formi un legame covalente tra l'atomo di azoto e uno degli atomi di ossigeno secondo il meccanismo donatore-accettore(figura 2).
Riso. 2. Formula elettronica dell'acido nitrico.
Gli elettroni dell'atomo di azoto sono indicati da punti neri
Quindi la formula strutturale dell'acido nitrico potrebbe essere rappresentata come segue(figura 3) :
Riso. 3. Formula strutturale dell'acido nitrico
(legame donatore-accettore mostrato dalla freccia)
Tuttavia, è stato provato sperimentalmente che il doppio legame è distribuito uniformemente tra due atomi di ossigeno. Lo stato di ossidazione dell'azoto nell'acido nitrico è +5 e la valenza (nota) è quattro, perché ci sono solo quattro coppie di elettroni comuni.
Proprietà fisiche dell'acido nitrico
Insegnante.Davanti a te ci sono fiale di acido nitrico diluito e concentrato. Descrivi le proprietà fisiche che osservi.
Gli studenti descrivono l'acido nitrico come un liquido più pesante dell'acqua, di colore giallastro, con un odore pungente. La soluzione di acido nitrico è incolore e inodore.
Insegnante. Aggiungo che il punto di ebollizione dell'acido nitrico è +83 °C, il punto di congelamento è -41 °C, cioè in condizioni normali è un liquido. L'odore pungente e il fatto che diventa giallo durante la conservazione è spiegato dal fatto che l'acido concentrato è instabile e si decompone parzialmente sotto l'influenza della luce o del riscaldamento.
Proprietà chimiche dell'acido
Insegnante. Con quali sostanze interagiscono gli acidi?(Nome dello studente.)
Ecco i reagenti, fai le reazioni elencate * e scrivi le tue osservazioni (le reazioni devono essere registrate alla luce del TED).
Passiamo ora alle proprietà specifiche dell'acido nitrico.
Abbiamo notato che l'acido diventa giallo durante la conservazione, ora lo dimostreremo con una reazione chimica:
4HNO 3 \u003d 2H 2 O + 4NO 2 + O 2.
(Gli studenti annotano autonomamente il bilancio elettronico della reazione.)
Emesso "gas marrone"(NO2) macchie acide.
Questo acido si comporta particolarmente in relazione ai metalli. Sai che i metalli spostano l'idrogeno dalle soluzioni acide, ma questo non accade quando interagiscono con l'acido nitrico.
Guarda il diagramma sulla tua scrivania (Fig. 4), che mostra quali gas vengono rilasciati quando gli acidi di varie concentrazioni reagiscono con i metalli. (Lavorare con lo schema.)
Riso. 4. Schema dell'interazione dell'acido nitrico con i metalli
Esperienza dimostrativa:
reazione dell'acido nitrico concentrato con il rame
Una dimostrazione molto efficace della reazione dell'acido nitrico (conc.) Con polvere di rame o pezzi di filo di rame finemente tritati:
Gli studenti annotano autonomamente il bilancio elettronico della reazione:
Produzione di acido
Insegnante. La lezione sarà incompleta se non consideriamo la questione dell'ottenimento dell'acido nitrico.
Metodo di laboratorio: l'azione dell'acido solforico concentrato sui nitrati (Fig. 5).
NaNO 3 + H 2 SO 4 \u003d NaHSO 4 + HNO 3.
Nell'industria l'acido è prodotto principalmente con il metodo dell'ammoniaca.
Riso. 5. Per ottenere l'acido nitrico in laboratorio finora
è conveniente usare la vecchia vetreria chimica - storta
Il metodo per ottenere acido da azoto e ossigeno a temperature superiori a 2000 ° C (arco elettrico) non ha ricevuto molta diffusione.
In Russia, la storia dell'ottenimento dell'acido nitrico è associata al nome dell'ingegnere chimico Ivan Ivanovich Andreev (1880-1919).
Nel 1915 creò la prima unità per la produzione di acido dall'ammoniaca e nel 1917 implementò il metodo sviluppato su scala industriale. Il primo impianto fu costruito a Donetsk.
Questo metodo include diversi passaggi.
1) Preparazione della miscela ammoniaca-aria.
2) Ossidazione dell'ammoniaca mediante ossigeno atmosferico su una griglia di platino:
4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H 2 O.
3) Ulteriore ossidazione dell'ossido nitrico (II) in ossido nitrico (IV):
2NO + O 2 \u003d 2NO 2.
4) Sciogliere l'ossido nitrico (IV) in acqua e ottenere acido:
3NO 2 + H 2 O \u003d 2HNO 3 + NO.
Se la dissoluzione viene effettuata in presenza di ossigeno, tutto l'ossido nitrico (IV) passa nell'acido nitrico.
5) La fase finale della produzione di acido nitrico è la purificazione dei gas che fuoriescono nell'atmosfera dagli ossidi di azoto. La composizione di questi gas: fino al 98% di azoto, 2–5% di ossigeno e 0,02–0,15% di ossidi di azoto. (L'azoto era originariamente presente nell'aria per ossidare l'ammoniaca.) Se gli ossidi di azoto in questi gas di scarico sono superiori allo 0,02%, allora vengono ridotti cataliticamente ad azoto, perché anche quantità così piccole di questi ossidi portano a grandi problemi ambientali.
Dopo tutto ciò che è stato detto, sorge la domanda: perché abbiamo bisogno dell'acido?
Applicazione acida
Insegnante.Con l'acido nitrico si producono: fertilizzanti azotati, e soprattutto nitrato di ammonio (come si ottiene?); esplosivi (perché?); coloranti; nitrati, di cui parleremo nella prossima lezione.
Fissare il materiale
Sondaggio frontale in classe
- Perché lo stato di ossidazione dell'azoto nell'acido nitrico è +5 e la valenza è quattro?
Con quali metalli non reagisce l'acido nitrico?
- Devi riconoscere gli acidi cloridrico e nitrico, ci sono tre metalli sul tavolo: rame, alluminio e ferro. Come lo farai e perché?
Test
opzione 1
1. Quale serie di numeri corrisponde alla distribuzione degli elettroni sui livelli di energia nell'atomo di azoto?
1) 2, 8, 1; 2) 2, 8, 2; 3) 2, 4; 4) 2, 5.
2. Completa le equazioni delle reazioni praticamente ammissibili:
1) HNO 3 (diff.) + Cu … ;
2) Zn + HNO 3 (conc.) ...;
3) HNO 3 + MgCO 3 ...;
4) CuO + KNO 3 ... .
3. Indica quale equazione illustra una delle fasi della produzione industriale di acido nitrico.
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 \u003d 2NO.
4. Lo stato di ossidazione negativo si manifesta con l'azoto nel composto:
1) N2O; 2) NO; 3) N. 2; 4) Na 3 N.
5. L'interazione dei trucioli di rame con l'acido nitrico concentrato porta alla formazione di:
1) N. 2; 2) NO; 3) N2; 4) NH3.
opzione 2
1. Il valore della massima valenza dell'azoto è:
1) 1; 2) 2; 3) 5; 4) 4.
2. Annotare la possibile interazione dell'acido nitrico concentrato con i seguenti metalli: sodio, alluminio, zinco, ferro, cromo.
3. Seleziona sostanze che sono materie prime per la produzione di acido nitrico:
1) azoto e idrogeno;
2) ammoniaca, aria e acqua;
3) nitrati.
4. L'acido nitrico concentrato non reagisce con:
1) anidride carbonica;
2) acido cloridrico;
3) carbonio;
4) idrossido di bario.
5. Quando un acido molto diluito reagisce con il magnesio, forma:
1) N. 2; 2) NO; 3) N2O; 4) NH4NO3.
Risposte ai test Opzione 1. 1 – 4;
3 – 1; 4 – 4; 5 – 1. V a r i a n te 2. 1 – 4;
3 – 2; 4 – 1; 5 – 4. |
* Ad esempio, puoi invitare i ragazzi a fare i seguenti esperimenti di laboratorio.
1) In una provetta con una soluzione di acido nitrico, aggiungere tornasole e aggiungere gradualmente la soluzione di idrossido di sodio. Scrivi le tue osservazioni.
2) Metti del gesso in una provetta, aggiungi acido nitrico diluito.
3) Metti dell'ossido di rame (II) in una provetta, aggiungi acido nitrico diluito. Di che colore è la soluzione? Fissare la provetta nel supporto e riscaldare. Come cambia il colore della soluzione? Cosa significa il cambiamento di colore? - Nota. ed.
Indipendentemente dalla concentrazione, l'agente ossidante nell'acido nitrico è NO nitrazioni contenenti azoto nello stato di ossidazione +5. Pertanto, quando i metalli interagiscono con l'acido nitrico, l'idrogeno non viene rilasciato. L'acido nitrico ossida tutti tranne i metalli più inattivi (nobili). In questo caso si formano prodotti di riduzione di sale, acqua e azoto (+5): NH−3 4 NO 3, N 2, N 2 O, NO, HNO 2, NO 2. L'ammoniaca libera non viene rilasciata, poiché interagisce con l'acido nitrico, formando nitrato di ammonio:
NH 3 + HNO 3 \u003d NH 4 NO 3
Quando i metalli interagiscono con l'acido nitrico concentrato (30–60% HNO 3), il prodotto di riduzione di HNO 3 è prevalentemente ossido nitrico (IV), indipendentemente dalla natura del metallo, ad esempio:
Mg + 4HNO 3 (conc.) \u003d Mg (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Zn + 4HNO 3 (conc.) = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Hg + 4HNO 3 (conc.) \u003d Hg (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
I metalli di valenza variabile, quando interagiscono con l'acido nitrico concentrato, vengono ossidati al massimo grado di ossidazione. In questo caso, quei metalli che sono ossidati a uno stato di ossidazione di +4 e oltre formano acidi o ossidi. Per esempio:
Sn + 4HNO 3 (conc.) = H 2 SnO 3 + 4NO 2 + H 2 O
2Sb + 10HNO 3 (conc.) = Sb 2 O 5 + 10NO 2 + 5H 2 O
Mo + 6HNO 3 (conc.) = H 2 MoO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O
Alluminio, cromo, ferro, nichel, cobalto, titanio e alcuni altri metalli sono passivati in acido nitrico concentrato. Dopo il trattamento con acido nitrico, questi metalli non interagiscono con altri acidi.
Quando i metalli interagiscono con l'acido nitrico diluito, il prodotto della sua riduzione dipende dalle proprietà riducenti del metallo: più il metallo è attivo, più l'acido nitrico viene ridotto.
I metalli attivi riducono al massimo l'acido nitrico diluito, cioè si formano sale, acqua e NH 4 NO 3, ad esempio:
8K + 10HNO 3 (razb.) \u003d 8KNO 3 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
I metalli di media attività, quando interagiscono con l'acido nitrico diluito, formano sale, acqua e azoto o N 2 O. Più il metallo rimane in questo intervallo (più vicino all'alluminio), più è probabile la formazione di azoto, ad esempio:
5Mn + 12HNO 3 (diff.) \u003d 5Mn (NO 3) 2 + N 2 + 6H 2 O
4Cd + 10HNO 3 (diff.) \u003d 4Cd (NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O
I metalli inattivi, quando interagiscono con acido nitrico diluito, formano sale, acqua e ossido nitrico (II), ad esempio:
3Cu + 8HNO 3 (razb.) \u003d 3Cu (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O
Ma le equazioni di reazione in questi esempi sono condizionali, poiché in realtà si ottiene una miscela di composti azotati, e maggiore è l'attività del metallo e minore è la concentrazione dell'acido, minore è il grado di ossidazione dell'azoto nel prodotto, che si forma più di altri.
6. Interazione dei metalli con la "vodka reale"
"Aqua regia" è una miscela di acido nitrico e cloridrico concentrato. Viene utilizzato per ossidare e dissolvere oro, platino e altri metalli preziosi.
L'acido cloridrico in acqua regia viene speso per la formazione di un composto complesso del metallo ossidato. Un confronto delle semireazioni 29 e 30 con le semireazioni 31-32 (Tabella 1) mostra che la formazione di composti complessi di oro e platino riduce il potenziale redox, il che rende possibile la loro ossidazione con acido nitrico. Le equazioni per le reazioni di oro e platino con "acqua regia" sono scritte come segue:
Au + HNO 3 + 4HCl \u003d H + NO + 2H 2 O
3Pt + 4HNO 3 + 18HCl = 3H 2 + 4NO + 8H 2 O
Tre metalli non interagiscono con la "vodka reale": tungsteno, niobio e tantalio. Sono ossidati con una miscela di acido nitrico concentrato e acido fluoridrico, poiché l'acido fluoridrico forma composti complessi più forti dell'acido cloridrico. Le equazioni di reazione sono le seguenti:
W + 2HNO 3 + 8HF = H 2 + 2NO + 4H 2 O
3Nb + 5HNO 3 + 21HF = 3H 2 + 5NO + 10H 2 O
3Ta + 5HNO 3 + 24HF = 3H 3 + 5NO + 10H 2 O
In alcuni libri di testo c'è un'altra spiegazione per l'interazione dei metalli nobili con la "vodka reale". Si ritiene che in questa miscela tra HNO 3 e HCl avvenga una reazione catalizzata da metalli nobili, in cui l'acido nitrico ossida l'acido cloridrico secondo l'equazione:
HNO 3 + 3HCl \u003d NOCl + 2H 2 O
Il cloruro di nitrosile NOCl è fragile e si decompone secondo l'equazione:
NOCl = NO + Cl(atomico)
Pertanto, l'agente ossidante metallico è cloro atomico (cioè molto attivo) al momento del rilascio. Pertanto, i prodotti dell'interazione dell'acqua regia con i metalli sono sale (cloruro), acqua e ossido nitrico (II):
Au + HNO 3 + 3HCl = AuCl 3 + NO + 2H 2 O
3Pt + 4HNO 3 + 12HCl = 3PtCl 4 + 4NO + 8H 2 O,
e composti complessi si formano nelle seguenti reazioni:
HCl + AuCl 3 = H; 2HCl + PtCl 4 \u003d H 2
Acido nitrico(HNO 3), -- acido monobasico forte. L'acido nitrico solido forma due modificazioni cristalline con reticoli monoclini e rombici. L'acido nitrico è miscibile con l'acqua in qualsiasi rapporto. Nelle soluzioni acquose, si dissocia quasi completamente in ioni. Forma una miscela azeotropica con acqua con una concentrazione del 68,4% e un bp di 120 °C a pressione atmosferica. Sono noti due idrati solidi: monoidrato (HNO 3 ·H 2 O) e triidrato (HNO 3 ·3H 2 O).
L'azoto nell'acido nitrico è tetravalente, stato di ossidazione +5. L'acido nitrico è un gas incolore, inodore, liquido fumante nell'aria, punto di fusione? 41,59 °C, punto di ebollizione + 82,6 °C con decomposizione parziale. La solubilità dell'acido nitrico in acqua non è limitata. Le soluzioni acquose di HNO 3 con una frazione di massa di 0,95-0,98 sono chiamate "acido nitrico fumante", con una frazione di massa di 0,6-0,7 - acido nitrico concentrato. Forma una miscela azeotropica con l'acqua (frazione di massa 68,4%, D 20 = 1,41 g/cm, T bp = 120,7 °C). Quando cristallizzato da soluzioni acquose, l'acido nitrico forma idrati cristallini:
- HNO 3 monoidrato H 2 O, T pl \u003d?37,62 ° C
- triidrato HNO 3 3H 2 O, T pl \u003d?18,47 ° C
L'acido nitrico solido forma due modificazioni cristalline:
- monoclino, gruppo spaziale P 2 1/a, UN= 1,623 nm, B= 0,857nm, C= 0,631, v = 90°, Z = 16;
- rombico
Monoidrato forma cristalli rombici, gruppo spaziale P na2, UN= 0,631 nm, B= 0,869nm, C= 0,544, Z = 4;
La densità delle soluzioni acquose di acido nitrico in funzione della sua concentrazione è descritta dall'equazione
dove d è la densità in g/cm³, c è la frazione di massa dell'acido. Questa formula descrive male il comportamento della densità a una concentrazione superiore al 97%.
Sotto l'azione della luce, l'acido nitrico si decompone parzialmente con il rilascio di NO 2 e per questo acquista un colore marrone chiaro:
N 2 + O 2 scariche elettriche da fulmine > 2NO
- 2NO + O 2 > 2NO 2
- 4HNO 3 luce > 4NO 2 ^ (gas marrone)+ 2H2O + O2
L'acido nitrico ad alta concentrazione rilascia gas nell'aria, che si trovano in una bottiglia chiusa sotto forma di fumi marroni (ossidi di azoto). Questi gas sono altamente tossici, quindi fai attenzione a non inalarli. L'acido nitrico ossida molte sostanze organiche. Carta e tessuti vengono distrutti a causa dell'ossidazione delle sostanze che formano questi materiali. L'acido nitrico concentrato provoca gravi ustioni in caso di contatto prolungato e ingiallimento della pelle per diversi giorni in caso di contatto breve. L'ingiallimento della pelle indica la distruzione della proteina e il rilascio di zolfo (una reazione qualitativa all'acido nitrico concentrato - colorazione gialla dovuta al rilascio di zolfo elementare quando l'acido agisce sulla reazione della proteina - xantoproteina). Cioè, è un'ustione della pelle. Indossare guanti di gomma quando si maneggia l'acido nitrico concentrato per evitare ustioni.