Окислительные свойства азотной кислоты

Окислительные свойства азотной кислоты.

 

ОВР в статье специально выделены цветом. Обратите на них особое внимание. Эти уравнения могут попасться в ЕГЭ.

 

окислительные свойства азотной кислоты

 

 

автор статьи — Саид Лутфуллин

 

 

Азотная кислота –  в любом виде  (и разбавленная, и концентрированная) является сильным окислителем.

 

Причем, разбавленная восстанавливается глубже, чем концентрированная.

Окислительные свойства обеспечиваются азотом в высшей степени окисления +5

 

Какая валентность у азота в этом соединении? Вопрос очень хитрый, многие отвечают на него корректно. У азота в азотной кислоте валентность IV.

 

Атом азота не может образовать больше ковалентных связей, посмотрите на электронную диаграмму:

окислительные свойства азотной кислоты

 

Три связи с каждым атомом кислорода, и четвертая как бы распределяется, образуется полуторная связь. Таким образом, валентность азота IV, а степень окисления +5

 

окислительные свойства азотной кислоты

 

Первое самое интересное свойство: взаимодействие с металлами.

 

Водород при взаимодействии с металлами никогда не выделяется

 

Схема реакции азотной кислоты (и разбавленной, и концентрированной) с металлами:

 

HNO3 + Ме → нитрат + H2O + продукт восстановленного азота

 

Два нюанса:

 

1. Алюминий, железо и хром с концентрированной азотной кислотой в нормальных условиях не реагируют, из-за пассивации. Нужно нагреть.

2. С платиной и золотом концентрированная азотная кислота не реагирует вообще.

 

Чтобы понять до чего вообще может восстанавливаться азот, посмотрим на диаграмму его степеней окисления:

 

окислительные свойства азотной кислоты

 

Азот +5 – окислитель, будет восстанавливаться, то есть понижать степень окисления.

 

Все возможные продукты восстановления азотной на диаграмме обведены красным.

(Не все конечно, такие реакции вообще что угодно дать могут, но в ЕГЭ образуются только эти).

 

Определить какой именно продукт будет образовываться можно чисто логически:

 

  • до таких низких степеней окисления как -3 или +1, с образованием продуктов NH4NO3 или N2O соответственно, азот восстанавливают только достаточно сильные, активные металлы: щелочные — 1-я группа главная подгруппа, щелочноземельные, а так же Al и Zn. Как ранее уже было сказано, разбавленная кислота восстанавливается глубже, поэтому при взаимодействии активных металлов с конц. азотной кислотой образуется N2O, а при взаимодействии с разб. азотной кислотой NH4NO3.

 

4Ba + 10HNO3(конц.) → 4Ba(NO3)2 + 5H2O + N2O↑

 

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

 

8Li + 10HNO3(конц.) → 8LiNO3 + 5H2O + N2O↑

 

8Li + 10HNO3(разб.) → 8LiNO3 + 3H2O + NH4NO3

 

8Al + 30HNO3(конц.) (t)→ 8Al(NO3)3 + 15H2O + 3N2O↑

 

8Al + 30HNO3(разб.) → 8Al(NO3)3 + 9H2O + 3NH4NO3

 

Остальные металлы восстанавливают азотную кислоту до +2 или +4, с образованием продуктов соответственно: NO или O2.

 

Разбавленная кислота восстанавливается глубже

 

  • при взаимодействии с ней металлов, не отличающихся особой активностью, будет образовываться NO. Ну а с конц. азотной NO2:

 

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

 

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

 

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

 

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

 

(обратите внимание, что железо окисляется до высшей степени окисления)

 

Ag + 2HNO3(конц.) → AgNO3 + H2O + NO2

 

3Ag + 4HNO3(разб.) → 3AgNO3 + 2H2O + NO↑

 

Если тяжело сразу понять всю логичность выбора, вот таблица:

 

окислительные свойства азотной кислоты

 

Азотная кислота окисляет неметаллы до высших оксидов.

 

Так как неметаллы – не такие сильные восстановители, как активные металлы, азот может восстановиться только до +4, образовав NO2 или NO соответственно.

 

При окислении неметаллов концентрированной азотной кислотой образуется бурый газ (NO2), а если кислота разбавленная, то образуется NO. Схемы реакций следующие:

 

неметалл + HNO3(разб.) → соединение неметалла в высшей степени окисления + NO

 

неметалл + HNO3(конц.) → соединение неметалла в высшей степени окисления + NO2

 

C + 4HNO3(конц.)CO2↑ + 2H2O + 4NO2

 

3C + 4HNO3(разб.) → 3CO2↑ + 2H2O + 4NO↑

 

(угольная кислота не образуется, так как она не стабильна)

 

P + 5HNO3(конц.) → H3PO4 + H2O + 5NO2

 

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

 

B + 3HNO3(конц.) → H3BO3 + 3NO2

 

B + HNO3(разб.) + H2O → H3BO3 + NO↑

 

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

S + 2HNO3(разб.) H2SO4 + 2NO

 

  • концентрированная азотная кислота окисляет сероводород. Окисление идет глубже при нагревании:

 

2HNO3(конц.) + H2S → S↓ + 2NO2 + 2H2O

 

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

 

  • концентрированная азотная кислота окисляет сульфиды до сульфатов:

 

CuS + 8HNO3(конц.) CuSO4 + 4H2O + 8NO2

 

  • азотная кислота настолько сурова, что может окислить даже ГАЛОГЕН. Только один – иод. Разбавленная восстанавливается глубже: до +2, концентрированная до +4. А вот иод окисляется не до высшей степени окисления +7 (слишком круто), а до +5, образуя иодноватую кислоту HIO3:

 

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

 

10HNO3(разб.) + 3I2 (t)→ 6HIO3 + 10NO↑ + 2H2O

 

  • концентрированная азотная кислота реагирует с хлоридами и фторидами. Только следует понимать, что с фторидами и хлоридами протекает обычная реакция ионного обмена с вытеснением галогеноводорода и образованием нитрата:

 

NaCl(тв.) + HNO3(конц.)HCl↑ + NaNO3

 

NaF(тв.) + HNO3(конц.)HF↑ + NaNO3

 

  • А вот с бромидами и иодидами (и с бромоводородами, и с иодоводородами) протекает ОВР. В обоих случаях образуется свободный галоген, а азот восстанавливается до NO2:

 

8HNO3(конц.) + 6KBr(тв.) → 3Br2 + 4H2O + 6KNO3 + 2NO2

 

4HNO3(конц.) + 2NaI(тв.) → 2NaNO3 + 2NO2↑ + 2H2O + I2

 

Образовавшийся иод окисляется дальше до иодноватой кислоты, поэтому реакцию можно записать сразу:

 

7HNO3(конц.) + NaI → NaNO3 + 6NO2↑ + 3H2O + HIO3

 

То же самое происходит при взаимодействии с иодо- и бромоводородами:

 

2HNO3(конц.) + 2HBr → Br2 + 2NO2↑ + 2H2O

 

6HNO3(конц.) + HI → HIO3 + 6NO2↑ + 3H2O


Реакции с золотом, магнием, медью и серебром
 

Обсуждение: "Окислительные свойства азотной кислоты"

(Правила комментирования)