Кислоты — окислители

Давайте рассмотрим свойства

кислот-окислителей

и продукты их реакций

 

Автор статьи — Саид Лутфуллин

 

 

Свойства концентрированной серной кислоты — окислителя

 

Концентрированная серная кислота – бесцветная тяжелая маслянистая нелетучая жидкость. Не имеет запаха и тянет сказать: «без вкуса», но вкус у нее все же есть, пробовать не советую.

 

Разбавленная серная кислота ничем особым непримечательна. Свойства как и у других кислот. За исключением того, что она не реагирует со свинцом, так как образующийся сульфат свинца нерастворим. Нерастворимое вещество покрывает кусочек металла и «защищает его от реакции»

 

Pb + H₂SO₄ ≠

 

А вот концентрированная серная кислота – сильный окислитель (за счет атома серы в высшей степени окисления).

 

Раз сера – окислитель, то она будет восстанавливаться:

 

 

Глубина восстановления серы зависит от активности восстановителя:

 

• сильные восстановители восстанавливают серную кислоту до H2S,
• слабые — до SO2,
• восстановители средней активности – до S.

 
На практике образуются несколько продуктов в разных пропорциях. Преобладание того или иного продукта зависит от множества факторов: от вышеупомянутой активности восстановителя, температуры, концентрации кислоты (95%, 90%. 85%, 80%, 75% – это все концентрированная кислота). Но в реалиях школьной программы все схематично и пишем один единственный продукт.
 

1. Взаимодействие металлов в концентрированной серной кислотой.

 

Концентрированная серная кислота реагирует с металлами, даже стоящими после водорода. Но кроме платины и золота – эти металлы слишком малоактивны.

 

Схема этих реакций:

 

 

• Активные металлы восстанавливают серную кислоту до H2S:

 

8Li + 5H₂SO₄ конц → 4Li₂SO₄ + H2S ↑ + H₂O

 

4Mg + 5H₂SO₄ конц → 4MgSO₄ + H2S ↑ + H₂O

 

• Металлы средней активности восстанавливают серную кислоту до S:

 

3Mn + 4H₂SO₄ конц → 3MnSO₄ + S ↓ + 4H₂O

 

3Zn + 4H₂SO₄ конц → t→  3ZnSO₄ + S ↓ + 4H₂O

 

• Малоактивные металлы восстанавливают серную кислоту до SO2:

 

Cu + 2H₂SO₄ конц  → CuSO₄ + SO₂ ↑ + 2H₂O

 

2Ag + 2H₂SO₄ конц  → Ag₂SO₄ + SO₂ ↑ + 2H₂O

 

Некоторые металлы (конкретно нужно запомнить  — Fe, Al, Cr) при контакте с концентрированной серной кислотой покрываются защитной пленкой – и реакция не идет. Поэтому серную кислоту без всякой опасности перевозят в железных цистернах. Это явление называют пассивацией.

 

То, что железо, алюминий и хром пассивируются не означает, что реакция невозможна. Просто нужно нагреть – при нагревании от защитной пленки не остаётся и следа:

 

 

2. Взаимодействие неметаллов с концентрированной серной кислотой.

 

Не все неметаллы реагируют с концентрированной серной кислотой: лишь те, что проявляют восстановительные свойства. Поэтому кислород, азот и галогены не вступают в эти реакции.

 

Мы рассмотрим взаимодействие с фосфором, углеродом, бором, серой. Неметаллы – не такие активные восстановители как типичные металлы – поэтому серная кислота восстанавливается до SO2.

 

Неметалл окисляется до высшей степени окисления: образуется оксид. Поскольку оксид неметалла – кислотный, то он тут же в момент получения реагирует с водой и образуется кислота:

 

2P + 5H₂SO₄ конц → 2H₃PO₄ + 5SO₂ ↑+ 2H₂O

 

2B + 3H₂SO₄ конц → 2H₃BO₃ + 3SO₂ ↑

 

Угольная кислота не образуется – получается углекислый газ:

 

C + 2H₂SO₄ конц → CO₂ ↑ + 2SO₂ ↑+ 2H₂O

 

Концентрированная серная кислота окисляет серу:

 

 

3. Взаимодействие концентрированной серной кислоты с галогенидами.

 

Галогениды металлов – это соли галогеноводородов (HF, HCl, HBr, HI). Галогеноводороды – летучие кислоты, а HF еще к тому же и слабая.

 

Поэтому серная кислота их вытесняет из солей:

 

2KF тв + H₂SO₄ конц → K₂SO₄ + 2HF↑

 

2NaCl тв + H₂SO₄ конц → Na₂SO₄ + 2HCl↑

 

Соли нужно брать твердые, не раствор. Тогда галогеноводороды будут вытесняться в виде газов.

 

А к фториду можно и в раствор прилить кислоты, так как фтороводородная кислота – слабая, она вытеснится. Только останется в растворе, вот и вся разница.

 

С хлоридами и фторидами происходит простая реакция обмена, без изменения степеней окисления.

 

Галоген окисляется до простого вещества. Сера восстанавливается:

 

 

А вот бромиды и иодиды – восстановители. После вытеснения галогеноводорода он тут же окисляется. Поэтому реакции концентрированной серной кислоты с бромидами и иодидами протекают с изменением степеней окисления.

 

Бромоводород и иодоводород окисляются так же, как и их соли:

 

2HBr + H₂SO₄ конц → Br₂ + SO₂ ↑ + 2H₂O

 

8HI + H₂SO₄ конц → 4I₂ ↓+ H₂S ↑ + 4H₂O

 

Азотная кислота — окислитель.

Производство.
 

Сырье для производства азотной кислоты – аммиак. Три последовательные реакции окисления:

 

1. Каталитическое окисление аммиака:
 

4NH₃+5O₂ → кат., t°→ 4NO+6H₂

 

Реакция экзотермическая, необратимая.
 

2. Окисление NO до NO2:
 

2NO+O₂→2NO₂

 

Реакция экзотермическая, обратимая.
 

3. Поглощение NO2 водой и одновременно его окисление:
 

 

Реакция экзотермическая, обратимая – по этой же схеме азотная кислота разлагается при хранении. Поэтому с течением времени прозрачная изначально азотная кислота буреет. Бурый цвет кислоте придает, образующийся при разложении NO2.

 

Если растворять NO2 в воде без доступа кислорода, то азот диспропорционирует:

 

 

Поэтому оксид азота (IV) NO2 мы относим к кислотным. Хоть у него и нет соответствующей кислоты, при растворении его в воде образуются HNO3 и HNO2.

 

Азотная кислота – жидкость с резким запахом. Свежая азотная кислота бесцветная. При хранении она разлагается и за счет бурого NO2 приобретает желтоватый цвет.

 

Важно знать, что азотная кислота летучая, легкокипящая, поэтому и имеет запах. А раз она летучая, то ее можно вытеснить из соли нелетучей кислотой, например, концентрированной серной:

 

NaNO₃ тв + H₂SO₄ → t →  NaHSO₄ + HNO₃ ↑

 

Важно, чтобы нитрат был твердым, а серная кислота концентрированная – меньше воды. Чтобы азотная кислота испарялась, испаряется – значит покидает реакционную смесь, значит реакция идет до конца.

 

Химические свойства.

 

Свойства азотной кислоты в целом повторяют свойства концентрированной серной. Но с одной поправкой, в отличие от серной, азотная кислота и концентрированная, и разбавленная проявляет сильные окислительные свойства.

 
1. Взаимодействие с металлами.
 

До чего может восстанавливаться азот? Вспомним диаграмму степеней окисления азота:

 

 

Получиться может любой из этих продуктов. А на практике – несколько сразу. Мы рассмотрим упрощенный вариант: берем только преобладающий продукт и только два фактора, влияющие на глубину восстановления:

 

• Активность металла – чем активнее, тем глубже идет восстановление.
• Концентрация кислоты – разбавленная кислота восстанавливается глубже.

 

Еще больше упрощая берем только четыре продукта: NH₄NO₃, N₂O, NO, NO₂.

 

Наиболее глубокое восстановление дает разбавленная кислота и активный металл – NH4NO3.

 

4Ca + 10HNO₃ разб  → 4Ca(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

 

Соответственно при взаимодействии концентрированной кислоты и малоактивного металла образуется NO2. Самое неглубокое восстановление.

 

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

 

Теперь нужно определить в каком случае будет N2O, а в каком NO. Фактор активности металла – решающий. С активным металлом и концентрированной кислотой будет N2O. А с малоактивным металлом и разбавленной кислотой образуется NO.

 

8Na + 10HNO₃ конц → 8NaNO₃ + N2O ↑ + 5H₂O

 

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

 

 
Концентрированная азотная кислота пассивирует Fe, Cr, Al, как и концентрированная серная.
 

Чтобы провести реакцию нужно нагреть:

 

 

С разбавленной кислотой эти металлы реагируют и без нагревания:

 

 
2. Взаимодействие с неметаллами (C, P, B, S).
 

Неметаллы окисляются до высших кислот. Реагирует и концентрированная, и разбавленная азотная кислота. Неметаллы – не очень хорошие восстановители, поэтому кислота восстанавливается как в реакции с малоактивными металлами (образуются N₂O и NO₂).

 

 
В отличие от серной кислоты, очень концентрированная азотная кислота (безводная) окисляет при нагревании иод до иодноватой кислоты (HIO3):
 

I₂ + 10HNO₃ конц → t → 2HIO₃ + 10NO₂ ↑ + 4H₂O

 
3. Взаимодействие с галогенидами.
 

Эти реакции могут запутать, хотя ничего сложного в них нет. Вам нужно просто понять логику каждой из них.

 

На что следует опираться:
 

•  Реакции могут быть либо окислительно-восстановительными, либо обменными.
•  Помним, что фториды (F–) и хлориды (Cl–) – восстановители плохие, если быть точнее, то никакие. А бромиды (Br–) и иодиды (I–) – хорошие восстановители.
•  HF – слабая кислота, HCl, HBr, HI – сильные.

 

Фториды металлов – это соли слабых кислот, поэтому сильная азотная кислота вытесняет фтороводород. И не важно концентрированная или разбавленная – это простая реакция обмена/p>
 

KF + HNO₃ → HF + KNO₃

 
 
Фтороводород не реагирует с азотной кислотой. Реакция обмена невозможна и окислительно-восстановительная тоже: фторид – слабый восстановитель.
 
Хлориды металлов и хлороводород не реагируют с азотной кислотой. Хлорид ион – слабый восстановитель – не возможна ОВР. Хлориды металлов не реагируют, потому что соляная кислота – сильная (предыдущая плавиковая – слабая, если помните).
 
Бромиды и иодиды вступают с азотной кислотой в окислительно-восстановительное взаимодействие. Сами окисляются до простых веществ. Азотная кислота восстанавливается до NO₂ если концентрированная, разбавленная – до NO, то есть так, как будто взаимодействует с малоактивным металлом.
 

 
 
 

Загрузка...

• Подписка на рассылку

(Правила комментирования)