Химические свойства азотной кислоты

 

Чем более разбавленной является кислота, тем более сильным окислителем она является.

• Изменение степени окисления азота в реакциях с сильным восстановителем:

Восстановление N+5	Продукты восстановления	Условие
N+5 + 8e → N–3	NH3 или NH4NO3	очень разбавленная HNO3
N+5 + 5e → N0	N2	разбавленная HNO3
N+5 + 4e → N+1	N2O	разбавленная HNO3, концентрированная

 

• Изменение степени окисления азота в реакциях со слабым восстановителем:

Восстановление N+5	Продукты восстановления	Условие
N+5 + 3e → N+2	NO	разбавленная HNO3
N+5 + 1e → N+4	NO2	концентрированная HNO3

 

Восстановители:

Сильные:

• Металлы от Li до Mg

Слабые:

• Металлы, начиная с Fe
• Неметаллы
• Соли (если можем окислить)
• Оксиды (если можем окислить)
• HI и йодиды, H2S и сульфиды

 

Взаимодействие азотной кислоты с простыми веществами:

1) с металлами - сильными восстановителями:

10HNO3(оч. разб.) + 4Mg → 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

10HNO3(разб.) + 4Mg → 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O        (возможно образование N2)

 

2) с металлами - слабыми восстановителями:

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

4HNO3(конц.) + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

HNO3(конц.) + Fe → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O (при нагревании)

 

3) С неметаллами (слабыми восстановителями) образуются соответствующие кислоты, а также NO (если кислота разб.) или NO2 (если кислота конц.):

10HNO3(конц.) + I2 →  2HIO3 + 10NO2 + 4H2O (t)   (из галогенов реакция идет только с йодом)           

            

6HNO3(конц.) + S → H2SO4 + 6NO2 + 2H2O

2HNO3(разб.) + S → H2SO4 + 2NO

 

5HNO3(конц.) + P → H3PO4 + 5NO2 + H2O

5HNO3(разб.) + 3P + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO

 

4HNO3(конц.) + C → CO2 + 4NO2 + 2H2O

HNO3(разб.) + C → реакция не идет.

 

4) Взаимодействие HNO3 с Al, Cr, Fe (а также H2SO4 и HCl для полноты картины):

Al, Cr, Fe пассивируются холодными концентрированными растворами серной и азотной кислот (т.е. покрываются прочной оксидной пленкой, препятствующей дальнейшей реакции). Реакции идут только при нагревании. Кислотами-окислителями являются кислоты: H2SO4 (конц.) и HNO3 (любой концентрации).

 

Fe + 6HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O (только при нагревании)

Fe + 4HNO3(разб.) → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (при любой температуре)

 

2Fe + 6H2SO4(конц.) → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (только при нагревании)

Fe + H2SO4(разб.) → FeSO4 + H2 (соль Fe⁺²)

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 (соль Fe⁺², HCl любой концентрации).

 

Cr + 6HNO3(конц.)  →  Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

Cr + 4HNO3(разб.)  →  Cr(NO3)3 + NO + 2H2O

Cr + H2SO4(разб.) → CrSO4 + H2 (соль Cr⁺²)

Cr + 2HCl → CrCl2 + H2 (соль Cr⁺², HCl любой концентрации).

 

В реакциях с алюминием продукт восстановления азотной кислоты сильно зависит от её концентрации, в результате чего возможны несколько вариантов записи. Как правило, реакции с разными возможными продуктами на ЕГЭ не спрашиваются.

 

Al + 6HNO3(конц.) → Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O (только при нагревании, [7] стр. 88)

2Al + 6H2SO4(конц.) → Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (только при нагревании)

 

2Al + 3H2SO4(разб.) → Al2(SO4)3 + 3H2

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2

 

Взаимодействие азотной кислоты со сложными веществами (при нагревании):

Как правило, сложные вещества являются слабыми восстановителями, следовательно, в реакциях с концентрированной азотной кислотой выделяется бурый газ NO2.

Окисляем анион:

H2S + 8HNO3(конц.) →  H2SO4 + 8NO2 + 4H2O

Na2S + 8HNO3(конц.) →  Na2SO4 + 8NO2 + 4H2O

Mg3P2 + 16HNO3(конц.) → Mg3(PO4)2 + 16NO2 + 8H2O

Ca(HS)2 + 16HNO3(конц.) →   H2SO4 + CaSO4 + 16NO2 + 8H2O

 

В зависимости от соотношения реагентов образуется серная кислота или сульфат:

ZnS + 10HNO3(конц.) → Zn(NO3)2 + H2SO4 + 8NO2↑ + 4H2O или
ZnS + 8HNO3(конц.) → ZnSO4 + 8NO2↑ + 4H2O

 

CuS + 10HNO3(конц.) → Cu(NO3)2 + H2SO4 + 8NO2↑ + 4H2O или
CuS + 8HNO3(конц.) → CuSO4 + 8NO2↑ + 4H2O

 

Ag2S + 10HNO3(конц.) → 2AgNO3 + H2SO4 + 8NO2↑ + 4H2O или
Ag2S + 8HNO3(конц.) → Ag2SO4 + 8NO2↑ + 4H2O

 

8HNO3(конц.) + AlP  →  AlPO4 + 8NO2­ + 4H2O

В избытке кислоты фосфаты растворяются:
11HNO3(конц., изб.) + AlP → H3PO4 + Al(NO3)3 + 8NO2 + 4H2O

 

Окисляем металл соли или оксида:

Fe3O4 + 10HNO3(конц.) → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O

FeO + 4HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O

FeSO4 + HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + NO2 + H2SO4 + H2O

CrCl2 + 4HNO3(конц.) → Cr(NO3)3 + NO2 + 2HCl + H2O (ионы Cl^– азотная кислота окислить не может)

 

Одновременное окисление катиона и аниона:

В случае Cu2S продукты второй реакции содержат две соли, так как на каждый атом серы приходится 2 атома меди:
Cu2S + 14HNO3(конц.) → 2Cu(NO3)2 + H2SO4 + 10NO2↑ + 6H2O или
Cu2S + 12HNO3(конц.) → Cu(NO3)2 + CuSO4 + 10NO2↑ + 6H2O

 

В случае FeS и FeS2 стехиометрически возможны только реакции с образованием кислоты:
FeS + 12HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + H2SO4 + 9NO2↑ + 5H2O
FeS2 + 18HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2↑ + 7H2O

 

2CuI + 8HNO3(конц.) → 2Cu(NO3)2 + I2 + 4NO2↑ + 4H2O
FeI2 + 6HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + I2 + 3NO2↑ + 3H2O.