2 HNO 2 NIE + NIE 2 + H 2 O.
Sole kwas azotowy są nazywane azotyny Lub kwas azotowy. Azotyny są znacznie bardziej stabilne niż HNO2, wszystkie są toksyczne.
2HNO 2 + 2HI = I 2 + 2NO + 2H 2 O,
HNO 2 + H 2 O 2 = HNO 3 + H 2 O,
5KNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5KNO 3 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 3H 2 O.
Struktura kwasu azotawego.
W fazie gazowej płaska cząsteczka kwasu azotawego występuje w postaci dwóch konfiguracji: cis- i trans-:
Na temperatura pokojowa dominuje izomer trans: ta struktura jest bardziej stabilna. Więc dla cis- HNO2(G) DG° f= −42,59 kJ/mol, a dla trans- HNO2(G) DG= −44,65 kJ/mol.
Właściwości chemiczne kwasu azotawego.
W roztworach wodnych równowaga:
Po podgrzaniu roztwór kwasu azotawego rozkłada się, uwalniając NIE i powstawanie kwasu azotowego:
HNO2 V roztwory wodne dysocjuje ( K D=4,6 · 10 −4), nieco silniejszy kwas octowy. Łatwo wypierane przez więcej mocne kwasy z soli:
Kwas azotawy wykazuje właściwości utleniające i redukujące. Pod wpływem silniejszych utleniaczy (nadtlenek wodoru, chlor, nadmanganian potasu) następuje utlenianie do kwasu azotowego:
Ponadto może utleniać substancje posiadające właściwości redukujące:
Wytwarzanie kwasu azotawego.
Kwas azotawy otrzymuje się przez rozpuszczenie tlenku azotu (III) N2O3 w wodzie:
Ponadto powstaje, gdy tlenek azotu (IV) rozpuszcza się w wodzie. NIE 2:
.
Zastosowanie kwasu azotawego.
Kwas azotawy służy do diazowania pierwszorzędowych amin aromatycznych i tworzenia soli diazoniowych. Azotyny wykorzystywane są w syntezie organicznej do produkcji barwników organicznych.
Fizjologiczne działanie kwasu azotawego.
Kwas azotawy jest toksyczny i ma wyraźne działanie mutagenne, ponieważ jest środkiem deaminującym.
Kwas azotawy występuje w roztworze lub w fazie gazowej. Jest niestabilny i po podgrzaniu rozpada się na pary:
2HNO 2 „NO+NO 2 +H 2 O
Wodne roztwory tego kwasu rozkładają się pod wpływem ogrzewania:
3HNO 2 „HNO 3 +H 2O+2NO
Reakcja ta jest zatem odwracalna, chociaż rozpuszczeniu NO 2 towarzyszy utworzenie dwóch kwasów: 2NO 2 + H 2 O = HNO 2 + HNO 3
Praktycznie w reakcji NO 2 z wodą otrzymuje się HNO 3:
3NO 2 +H 2 O=2HNO 3 +NO
Przez właściwości kwasowe Kwas azotawy jest tylko nieznacznie silniejszy od kwasu octowego. Jego sole nazywane są azotynami i w przeciwieństwie do samego kwasu są trwałe. Z roztworów jego soli roztwór HNO 2 można otrzymać dodając kwas siarkowy:
Ba(NO 2) 2 +H 2 SO 4 =2HNO 2 +BaSO 4 ¯
Na podstawie danych o jego związkach sugeruje się dwa typy budowy kwasu azotawego:
które odpowiadają azotynom i związkom nitrowym. Azotyny metale aktywne mają strukturę typu I, a metale niskoaktywne mają strukturę typu II. Prawie wszystkie sole tego kwasu są dobrze rozpuszczalne, ale azotyn srebra jest najtrudniejszy. Wszystkie sole kwasu azotawego są trujące. Dla technologia chemiczna Ważne są KNO 2 i NaNO 2, które są niezbędne do produkcji barwników organicznych. Obie sole otrzymuje się z tlenków azotu:
NO+NO 2 +NaOH=2NaNO 2 +H 2 O lub podczas ogrzewania ich azotanów:
KNO 3 +Pb=KNO 2 +PbO
Pb jest niezbędny do wiązania uwolnionego tlenu.
Spośród właściwości chemicznych HNO 2 właściwości utleniające są bardziej wyraźne, podczas gdy on sam ulega redukcji do NO:
Można jednak podać wiele przykładów takich reakcji, w których kwas azotawy wykazuje właściwości redukujące:
Obecność kwasu azotawego i jego soli w roztworze można oznaczyć dodając roztwór jodku potasu i skrobi. Jon azotynowy utlenia anion jodowy. Ta reakcja wymaga obecności H +, tj. zachodzi w środowisku kwaśnym.
Kwas azotowy
W warunkach laboratoryjnych kwas azotowy można otrzymać przez działanie stężonego kwasu siarkowego na azotany:
NaNO 3 + H 2 SO 4(k) = NaHSO 4 + HNO 3 Reakcja zachodzi przy małym ogrzewaniu.
Produkcja kwasu azotowego na skalę przemysłową odbywa się poprzez katalityczne utlenianie amoniaku tlenem atmosferycznym:
1. Najpierw mieszaninę amoniaku i powietrza przepuszcza się przez katalizator platynowy w temperaturze 800°C. Amoniak utlenia się do tlenku azotu (II):
4NH3 + 5O2 =4NO+6H2O
2. Po ochłodzeniu następuje dalsze utlenianie NO do NO 2: 2NO+O2 =2NO2
3. Powstały tlenek azotu (IV) rozpuszcza się w wodzie w obecności nadmiaru O 2 tworząc HNO 3: 4NO 2 +2H 2 O+O 2 = 4HNO 3
Produkty wyjściowe – amoniak i powietrze – są dokładnie oczyszczane szkodliwe zanieczyszczenia, zatrucie katalizatora (siarkowodór, pył, oleje itp.).
Powstały kwas rozcieńcza się (40-60% kwasu). Stężony kwas azotowy (96-98%) otrzymuje się poprzez destylację rozcieńczonego kwasu w mieszaninie ze stężonym kwasem siarkowym. W tym przypadku odparowuje tylko kwas azotowy.
Kwas azotowy jest bezbarwną cieczą o ostrym zapachu. Bardzo higroskopijny, „dymi” w powietrzu, ponieważ jego opary wraz z wilgocią z powietrza tworzą krople mgły. Miesza się z wodą w dowolnym stosunku. W temperaturze -41,6°C przechodzi w stan krystaliczny. Wrze w temperaturze 82,6°C.
W HNO 3 wartościowość azotu wynosi 4, stopień utlenienia +5. Wzór strukturalny kwasu azotowego przedstawiono w następujący sposób:
Obydwa atomy tlenu, związane tylko z azotem, są równoważne: znajdują się w tej samej odległości od atomu azotu i każdy niesie połowę ładunku elektronu, tj. czwarta część azotu jest podzielona równo pomiędzy dwa atomy tlenu.
Struktura elektronowa kwas azotowy można otrzymać w następujący sposób:
1. Atom wodoru wiąże się z atomem tlenu wiązaniem kowalencyjnym:
2. Ze względu na niesparowany elektron atom tlenu tworzy wiązanie kowalencyjne z atomem azotu:
3. Tworzą się dwa niesparowane elektrony atomu azotu wiązanie kowalencyjne z drugim atomem tlenu:
4. Trzeci atom tlenu po wzbudzeniu tworzy wolny 2p- orbitalny poprzez parowanie elektronów. Oddziaływanie wolnej pary azotu z pustym orbitalem trzeciego atomu tlenu prowadzi do powstania cząsteczki kwasu azotowego:
Właściwości chemiczne
1. Rozcieńczony kwas azotowy wykazuje wszystkie właściwości kwasów. Należy do mocnych kwasów. Dysocjuje w roztworach wodnych:
HNO 3 „Н + +NO - 3 Częściowo rozkłada się pod wpływem ciepła i światła:
4HNO 3 =4NO 2 +2H 2 O+O 2 Dlatego przechowuj go w chłodnym i ciemnym miejscu.
2. Kwas azotowy charakteryzuje się wyłącznie właściwościami utleniającymi. Najważniejsze Właściwości chemiczne to interakcja z prawie wszystkimi metalami. Wodór nigdy nie jest uwalniany. Redukcja kwasu azotowego zależy od jego stężenia i rodzaju środka redukującego. Stopień utlenienia azotu w produktach redukcji mieści się w zakresie od +4 do -3:
HN +5 O 3 ®N +4 O 2 ®HN +3 O 2 ®N +2 O®N +1 2 O®N 0 2 ®N -3 H 4 NO 3
Produkty redukcji powstałe w wyniku oddziaływania kwasu azotowego o różnym stężeniu z metalami o różnej aktywności przedstawiono na poniższym schemacie.
Stężony kwas azotowy w zwykłych temperaturach nie wchodzi w interakcję z aluminium, chromem i żelazem. Wprowadza je w stan pasywny. Na powierzchni tworzy się warstwa tlenków nieprzepuszczalna dla stężonego kwasu.
3. Kwas azotowy nie reaguje z Pt, Rh, Ir, Ta, Au. Platyna i złoto rozpuszczają się w „wódce królewskiej” – mieszance 3 objętości koncentratu kwasu solnego i 1 objętość stężonego kwasu azotowego:
Au+HNO 3 +3HCl= AuCl 3 +NO+2H 2O HCl+AuCl 3 =H
3Pt+4HNO 3 +12HCl=3PtCl 4 +4NO+8H 2 O 2HCl+PtCl 4 =H2
Działanie wódki „regia” polega na tym, że kwas azotowy utlenia kwas solny do wolnego chloru:
HNO 3 +HCl=Cl 2 +2H 2 O+NOCl 2NOCl=2NO+Cl 2 Uwolniony chlor łączy się z metalami.
4. Niemetale utlenia się kwasem azotowym do odpowiednich kwasów i w zależności od stężenia redukuje do NO lub NO 2:
S+bHNO 3(stęż.) =H 2 SO 4 +6NO 2 +2H 2 OP+5HNO 3(stęż.) =H 3 PO 4 +5NO 2 +H 2 O Ja 2 +10HNO 3(stęż.) =2HIO 3 +10NO 2 +4H 2 O 3P+5HNO 3(p asb) +2H 2 O= 3H 3 PO 4 +5NO
5. Oddziałuje także ze związkami organicznymi.
Sole kwasu azotowego nazywane są azotanami i są substancje krystaliczne, dobrze rozpuszczalny w wodzie. Otrzymuje się je przez działanie HNO 3 na metale, ich tlenki i wodorotlenki. Azotany potasu, sodu, amonu i wapnia nazywane są azotanami. Azotan stosowany jest głównie jako mineralny nawóz azotowy. Dodatkowo KNO 3 wykorzystuje się do przygotowania czarnego proszku (mieszanina 75% KNO 3, 15% C i 10% S). Wybuchowy amonal składa się z NH 4 NO 3, proszku aluminiowego i trinitrotoluenu.
Sole kwasu azotowego rozkładają się pod wpływem ogrzewania, a produkty rozkładu zależą od pozycji metalu tworzącego sól w szeregu standardowych potencjały elektrod:
Rozkład pod wpływem ogrzewania (termoliza) jest ważną właściwością soli kwasu azotowego.
2KNO 3 =2KNO 2 +O 2
2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + NO 2 + O 2
Sole metali znajdujące się w szeregu na lewo od Mg tworzą azotyny i tlen, od Mg do Cu - tlenek metalu, NO 2 i tlen, po Cu - wolny metal, NO 2 i tlen.
Aplikacja
Kwas azotowy jest najważniejszym produktem przemysłu chemicznego. Duże ilości przeznacza się na przygotowanie nawozów azotowych, materiały wybuchowe, barwniki, tworzywa sztuczne, włókna sztuczne i inne materiały. Palenie
Kwas azotowy stosowany jest w technologii rakietowej jako utleniacz paliwa rakietowego.
Sole amonowe są bardzo specyficzne. Wszystkie łatwo się rozkładają, niektóre samoistnie, np. węglan amonu:
(NH4)2CO3 = 2NH3 + H2O + CO2 (reakcja przyspiesza po podgrzaniu).
Inne sole, np. chlorek amonu (amoniak), po podgrzaniu sublimują, tj. pod wpływem ogrzewania najpierw rozkładają się na amoniak i chlorek, a gdy temperatura spada, na zimnych częściach naczynia ponownie tworzy się chlorek amonu:
ogrzewanie
NH4Cl ⇄ NH3 + HCl
chłodzenie
Po podgrzaniu azotan amonu rozkłada się na podtlenek azotu i wodę. Reakcja ta może zachodzić wybuchowo:
NH4NO3 = N2O + H2O
Azotyn amonu NH4NO2 rozkłada się po podgrzaniu, tworząc azot i wodę, dlatego wykorzystuje się go w laboratorium do uzyskania azotu.
Kiedy sole amonowe są wystawione na działanie zasad, uwalnia się amoniak:
NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3 + H2O
Uwalnianie amoniaku - cecha charakterystyczna do rozpoznawania soli amonowych. Wszystkie sole amonowe są związkami złożonymi.
Powszechnie stosuje się amoniak i sole amonowe. Amoniak wykorzystywany jest jako surowiec do produkcji kwasu azotowego i jego soli, a także soli amonowych, które służą jako dobre nawozy azotowe. Takimi nawozami są siarczan amonu (NH4)2SO4, a zwłaszcza azotan amonu NH4NO3 lub azotan amonu, którego cząsteczka zawiera dwa atomy azotu: jeden amonowy, drugi azotanowy. Rośliny najpierw absorbują amoniak, a następnie azotany. Wniosek ten należy do założyciela rosyjskiej agrochemii, Acad. D. N. Pryanishnikov, który swoje prace poświęcił fizjologii roślin i uzasadnił znaczenie nawozów mineralnych w rolnictwie.
W medycynie stosuje się amoniak w postaci amoniaku. W urządzeniach chłodniczych stosowany jest ciekły amoniak. Chlorek amonu używany jest do produkcji suchych ogniw galwanicznych Leclanché. Mieszanka azotanu amonu z aluminium i węglem, zwana amonalem, jest silnym materiałem wybuchowym.
Węglan amonu stosowany jest w przemyśle cukierniczym jako środek spulchniający.
─ 25. Na jakiej właściwości węglanu amonu opiera się jego zastosowanie do spulchniania ciasta?
26. Jak wykryć jon amonowy w soli?
27. Jak przeprowadzić serię przekształceń:
N2 ⇄ NH3 → NIE
↓
NH4N03
Związki tlenu i azotu
Tworzy z tlenem kilka związków, w których wykazuje różne stopnie utlenienia.
Istnieje podtlenek azotu N2O, czyli, jak to się nazywa, „gaz rozweselający”. Wykazuje stopień utlenienia + 1. W tlenku azotu NO azot wykazuje stopień utlenienia + 2, w bezwodniku azotu N2O3 - + 3, w dwutlenku azotu NO2 - +4, w pięciotlenku azotu lub azotu
bezwodnik, N2O5 - +5.
Podtlenek azotu N2O jest tlenkiem nie tworzącym soli. Jest to gaz, który jest dość rozpuszczalny w wodzie, ale nie reaguje z wodą. Podtlenek azotu zmieszany z tlenem (80% N2O i 20% O2) daje efekt narkotyczny i służy do tzw. znieczulenia gazowego, którego zaletą jest to, że nie powoduje długiego efektu.
Pozostała część azotu jest silnie trująca. Ich toksyczne działanie występuje zwykle w ciągu kilku godzin po inhalacji. Pierwsza pomoc polega na spożyciu dużej ilości mleka, wdychaniu czystego tlenu i zapewnieniu poszkodowanemu odpoczynku.
■ 28. Wymień możliwe stopnie utlenienia azotu i odpowiadające im stopnie utlenienia.
29. Jakie środki pierwszej pomocy należy podjąć w przypadku zatrucia tlenkami azotu?
Najciekawszymi i najważniejszymi tlenkami azotu są tlenek azotu i dwutlenek azotu, które będziemy badać.
Tlenek azotu NO powstaje z azotu i tlenu podczas silnych wyładowań elektrycznych. Czasami podczas burzy obserwuje się powstawanie tlenku azotu w powietrzu, ale w bardzo małych ilościach. Tlenek azotu jest bezbarwnym i bezwonnym gazem. Tlenek azotu jest nierozpuszczalny w wodzie, dlatego może gromadzić się nad wodą w przypadkach, gdy preparat odbywa się w laboratorium. W laboratorium tlenek azotu otrzymywany jest ze średnio stężonego kwasu azotowego poprzez jego działanie na:
HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + NO + H2O
Ułóż samodzielnie współczynniki w tym równaniu.
Tlenek azotu można wytwarzać innymi sposobami, na przykład w płomieniu łuku elektrycznego:
N2 + O2 ⇄ 2NO.
Przy produkcji kwasu azotowego tlenek azotu otrzymuje się poprzez katalityczne utlenianie amoniaku, co omówiono w § 68, strona 235.
Tlenek azotu jest tlenkiem nie tworzącym soli. Łatwo ulega utlenieniu pod wpływem tlenu atmosferycznego i zamienia się w dwutlenek azotu NO2. Jeśli utlenianie prowadzi się w szklanym naczyniu, bezbarwny tlenek azotu zamienia się w brązowy gaz - dwutlenek azotu.
▪ 30. Podczas interakcji miedzi z kwasem azotowym uwalnia się 5,6 litra tlenku azotu. Oblicz, ile miedzi przereagowało i ile powstało soli.
Dwutlenek azotu NO2 jest brązowym gazem o charakterystycznym zapachu. Jest dobrze rozpuszczalny w wodzie, ponieważ reaguje z wodą zgodnie z równaniem:
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NIE
W obecności tlenu można otrzymać jedynie kwas azotowy:
4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3
Cząsteczki dwutlenku azotu NO2 dość łatwo łączą się w pary i tworzą czterotlenek azotu N2O4 - bezbarwną ciecz, formuła strukturalna Który
Proces ten zachodzi na zimno. Po podgrzaniu czterotlenek azotu zamienia się z powrotem w dwutlenek azotu.
Dwutlenek azotu jest tlenkiem kwasowym, ponieważ może reagować z zasadami, tworząc sól i wodę. Jednakże ze względu na fakt, że atomy azotu w modyfikacji N2O4 mają różną liczbę wiązań walencyjnych, podczas reakcji dwutlenku azotu z zasadą powstają dwie sole - azotan i azotyn:
2NO2 + 2NaOH = NaNO3 + NaNO2 + H2O
Dwutlenek azotu otrzymuje się, jak wspomniano powyżej, przez utlenianie tlenku:
2NO + O2 = 2NO2
Ponadto dwutlenek azotu powstaje w wyniku działania stężonego kwasu azotowego na:
Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
(stęż.)
lub lepiej przez kalcynację azotanu ołowiu:
2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2 + O2
▪ 31. Wymień metody wytwarzania dwutlenku azotu, podając równania odpowiednich reakcji.
32. Narysuj schemat budowy atomu azotu na stopniu utlenienia +4 i wyjaśnij, jak powinien zachowywać się on w reakcjach redoks.
33,32 g mieszaniny miedzi i tlenku miedzi umieszczono w stężonym kwasie azotowym. Zawartość miedzi w mieszaninie wynosi 20%. Jaka objętość jakiego gazu zostanie uwolniona? Ile gram cząsteczek soli powstaje w ten sposób?
Kwas azotawy i azotyny
Kwas azotawy HNO2 jest bardzo słabym, niestabilnym kwasem. Występuje tylko w roztworach rozcieńczonych (a = 6,3% w roztworze 0,1 N). Kwas azotawy łatwo rozkłada się, tworząc tlenek azotu i dwutlenek azotu
2HNO2 = NO + NO2 + H2O.
Stopień utlenienia azotu w kwasie azotawym wynosi +3. Przy takim stopniu utlenienia można umownie założyć, że z zewnętrznej warstwy atomu azotu oddano 3 elektrony i pozostały 2 elektrony walencyjne. W związku z tym istnieją dwie możliwości dla N+3 w reakcjach redoks: może on wykazywać zarówno właściwości utleniające, jak i redukujące, w zależności od tego, do jakiego środowiska - utleniającego lub redukującego - wchodzi.
Sole kwasu azotawego nazywane są azotynami. Traktując azotyny kwasem siarkowym, można otrzymać kwas azotawy:
2NaNO2 + H2SO4 = Na2SO4 + 2HNO2.
Azotyny to sole dość dobrze rozpuszczalne w wodzie. Podobnie jak sam kwas azotawy, azotyny mogą wykazywać właściwości utleniające podczas reakcji z czynnikami redukującymi, na przykład:
NaNO2 + KI + H2SO4 → I2 + NO…
Spróbuj samodzielnie znaleźć produkty finalne i ułożyć współczynniki na podstawie wagi elektronicznej.
Ponieważ uwolnienie jest łatwe do wykrycia przy użyciu skrobi, reakcja ta może służyć jako sposób na wykrycie nawet niewielkich ilości azotynów woda pitna, których obecność jest niepożądana ze względu na toksyczność. Natomiast azot azotynowy można utlenić do N +5 pod wpływem silnego środka utleniającego.
NaNO2 + K2Cr2O7 + H2SO4 → NaNO3 + Cr2(SO4)3 + …
Resztę produktów reakcji znajdź sam, skomponuj waga elektroniczna i ustaw współczynniki.
■ 34. Uzupełnij równanie.
HNO2 + KMnO4 + H2SO4 → … (N +5, Mn +2).
35. Wymień właściwości kwasu azotawego i azotynów.
Kwas azotowy
HNO3 jest mocnym elektrolitem. Jest to lotna ciecz. Czysty wrze w temperaturze 86°, nie ma koloru; jego gęstość wynosi 1,53. Laboratoria zazwyczaj otrzymują 65% HNO3 o gęstości 1,40.
dymi w powietrzu, ponieważ jego opary unosząc się w powietrze i łącząc się z parą wodną, tworzą kropelki mgły. Kwas azotowy miesza się z wodą w dowolnym stosunku. Ma ostry zapach i łatwo odparowuje, dlatego stężony kwas azotowy należy wlewać wyłącznie pod ciśnieniem. W przypadku kontaktu ze skórą kwas azotowy może spowodować poważne oparzenia. Małe oparzenie objawia się charakterystyczną żółtą plamą na skórze. Ciężkie oparzenia mogą powodować wrzody. W przypadku kontaktu kwasu azotowego ze skórą należy go szybko zmyć dużą ilością wody, a następnie zneutralizować słabym roztworem sody.
Stężony kwas azotowy 96-98% rzadko trafia do laboratorium i podczas przechowywania dość łatwo, szczególnie pod wpływem światła, rozkłada się według równania:
4HNO3 = 2H2O + 4NO2 + O2
Jest trwale zabarwiony dwutlenkiem azotu żółty. Nadmiar dwutlenku azotu stopniowo odparowuje z roztworu, gromadzi się w roztworze, a kwas nadal się rozkłada. Pod tym względem stężenie kwasu azotowego stopniowo maleje. Przy stężeniu 65% kwas azotowy można przechowywać przez długi czas.
Kwas azotowy jest jednym z najsilniejszych utleniaczy. Reaguje z prawie wszystkimi metalami, ale nie wydzielając wodoru. Wyraźne właściwości utleniające kwasu azotowego mają tak zwane działanie pasywujące na niektóre (,) związki. Dotyczy to szczególnie stężonych kwasów. Pod wpływem niego na powierzchni metalu tworzy się bardzo gęsta, nierozpuszczalna w kwasie warstwa tlenku, chroniąca metal przed dalszym narażeniem na działanie kwasu. Metal staje się „pasywny”. .
Jednak kwas azotowy reaguje z większością metali. We wszystkich reakcjach z metalami azot ulega redukcji w kwasie azotowym, a im bardziej całkowicie, tym bardziej rozcieńczony kwas i bardziej aktywny metal.
Stężony kwas redukuje się do dwutlenku azotu. Przykładem tego jest podana powyżej reakcja z miedzią (patrz § 70). Rozcieńczony kwas azotowy miedzią redukuje się do tlenku azotu (patrz § 70). Te bardziej aktywne redukują np. rozcieńczony kwas azotowy do podtlenku azotu.
Sn + HNO3 → Sn(NO3)2 + N2O
Przy bardzo silnym rozcieńczeniu metalem aktywnym, np. cynkiem, reakcja dochodzi do powstania soli amonowej:
Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + NH4NO3
We wszystkich podanych schematach reakcji należy ułożyć współczynniki samodzielnie tworząc wagę elektroniczną.
▪ 36. Dlaczego stężenie kwasu azotowego spada, gdy jest przechowywany w laboratorium, nawet w dobrze zamkniętych pojemnikach?
37. Dlaczego stężony kwas azotowy ma żółtobrązową barwę?
38. Napisz równanie reakcji rozcieńczonego kwasu azotowego z żelazem. Produktami reakcji są azotan żelaza(III) i wydziela się brązowy gaz.
39. Zapisz w zeszycie wszystkie równania reakcji charakteryzujące oddziaływanie kwasu azotowego z metalami. Wymień, które metale oprócz azotanów metali powstają w tych reakcjach.
Wiele z nich może spalać kwas azotowy, taki jak węgiel i:
C + HNO3 → NO + CO2
P + HNO3 → NO + H3PO4
Wolny jest utleniony do Kwas fosforowy. po ugotowaniu w kwasie azotowym zamienia się w S+6 i z wolnej siarki powstaje:
HNO3 + S → NO + H2SO4
Uzupełnij samodzielnie równania reakcji.
Złożone mogą również spalać kwas azotowy. Na przykład terpentyna i podgrzane trociny spalają się w kwasie azotowym.
Kwas azotowy może również utleniać kwas solny. Mieszanina trzech części kwasu solnego i jednej części kwasu azotowego nazywana jest wodą królewską. Nazwę tę nadano, ponieważ ta mieszanina utlenia również platynę, na którą nie mają wpływu żadne kwasy. Reakcja przebiega w następujących etapach: w samej mieszaninie jon chloru utlenia się do wolnego, a azot redukuje się do chlorku nitrozylu:
HNO3 + 3HCl ⇄ Cl2 + 2H2O + NOCl
woda królewska chlorek nitrozylu
Ten ostatni łatwo rozkłada się na tlenek azotu i jest wolny zgodnie z równaniem:
2NOCl = 2NO + Cl2
Metal umieszczony w wodzie królewskiej łatwo utlenia się przez chlorek nitrozylu:
Au + 3NOCl = AuCl3 + 3NO
Kwas azotowy może reagować podczas nitrowania z substancjami organicznymi. W takim przypadku koncentrat musi być obecny. Mieszaninę stężonych kwasów azotowego i siarkowego nazywa się mieszaniną nitrującą. Stosując taką mieszaninę, nitroglicerynę można otrzymać z gliceryny, nitrobenzen z benzenu, nitrocelulozę z błonnika itp. W stanie silnie rozcieńczonym kwas azotowy wykazuje charakterystyczne właściwości kwasów.
■ 40. Podaj własne przykłady typowych właściwości kwasów w odniesieniu do kwasu azotowego. Zapisz równania w języku molekularnym i. formy jonowe.
41. Dlaczego zabrania się transportu butelek ze stężonym kwasem azotowym zapakowanych w wióry drzewne?
42. Kiedy stężony kwas azotowy jest testowany z fenoloftaleiną, fenoloftaleina przybiera kolor pomarańczowy, zamiast pozostać bezbarwna. Co to wyjaśnia?
Bardzo łatwo jest otrzymać kwas azotowy w laboratorium. Zwykle otrzymuje się go przez zastąpienie jego soli kwasem siarkowym, na przykład:
2KNO3 + H2SO4 = K2SO4 + 2HNO3
Na ryc. 61 przedstawia instalację laboratoryjną do produkcji kwasu azotowego.
W przemyśle amoniak wykorzystuje się jako surowiec do produkcji kwasu azotowego. W wyniku utleniania amoniaku w obecności katalizatora platynowego powstaje tlenek azotu:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
Jak stwierdzono powyżej, tlenek azotu łatwo utlenia się pod wpływem tlenu atmosferycznego do dwutlenku azotu:
2NO + O2 = 2NO2
a dwutlenek azotu w połączeniu z wodą tworzy kwas azotowy i ponownie tlenek azotu zgodnie z równaniem:
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NIE.
Następnie tlenek azotu jest ponownie dostarczany do utleniania:
Pierwszy etap procesu – utlenianie amoniaku do tlenku azotu – prowadzony jest w aparacie kontaktowym w temperaturze 820°. Katalizatorem jest siatka platynowa z domieszką rodu, która jest podgrzewana przed uruchomieniem aparatu. Ponieważ reakcja jest egzotermiczna, siatki są następnie podgrzewane ze względu na ciepło samej reakcji. Tlenek azotu uwolniony z aparatu kontaktowego schładza się do temperatury około 40°, gdyż w niższej temperaturze proces utleniania tlenku azotu przebiega szybciej. W temperaturze 140° powstały dwutlenek azotu rozkłada się ponownie na tlenki azotu i tlenu.
Utlenianie tlenku azotu do dwutlenku odbywa się w wieżach zwanych absorberami, zwykle pod ciśnieniem 8-10 atm. Jednocześnie absorbują (absorbują) powstały dwutlenek azotu za pomocą wody. Aby lepiej wchłonąć dwutlenek azotu, roztwór schładza się. Rezultatem jest 50-60% kwasu azotowego.
Zatężanie kwasu azotowego przeprowadza się w obecności stężonego kwasu siarkowego w kolumnach destylacyjnych. tworzy hydraty z dostępną wodą o temperaturze wrzenia wyższej niż kwas azotowy, dzięki czemu pary kwasu azotowego dość łatwo uwalniają się z mieszaniny. Kondensując te pary, można otrzymać 98-99% kwas azotowy. Zwykle rzadko stosuje się bardziej stężony kwas.
▪ 43. Zapisz w zeszycie wszystkie równania reakcji zachodzących podczas wytwarzania kwasu azotowego metodami laboratoryjnymi i przemysłowymi.
44. Jak przeprowadzić szereg przekształceń:
45. Ile 10% roztworu można przygotować z kwasu azotowego otrzymanego w reakcji 2,02 kg azotanu potasu z nadmiarem kwasu siarkowego?
46. Określ molarność 63% kwasu azotowego.
47. Ile kwasu azotowego można otrzymać z 1 tony amoniaku przy wydajności 70%?
48. Cylinder napełniono tlenkiem azotu poprzez wyparcie wody. Następnie, nie wyjmując go z wody, umieszczono pod nim rurkę od gazometru.
(patrz ryc. 34) i zaczął przeskakiwać. Opisz, na co należy zwrócić uwagę w butli, jeśli niedopuszczalny jest nadmiar tlenu. Uzasadnij swoją odpowiedź równaniami reakcji.
Ryż. 62. Spalanie węgla w roztopionej saletrze. 1 - stopiona saletra; 2 - spalanie węgla; 3 - piasek.
Sole kwasu azotowego
Sole kwasu azotowego nazywane są azotanami. Azotany metale alkaliczne, a także wapń i amon nazywane są azotanami. Na przykład KNO3 to azotan potasu, NH4NO3 to azotan amonu. Naturalne złoża azotanu sodu występują w Chile w ogromnych ilościach, dlatego sól ta nazywana jest azotanem chilijskim.
Ryż. 62. Spalanie węgla w roztopionej saletrze. 1 - stopiona saletra; 2 - spalanie węgla; 3 - piasek.
Sole kwasu azotowego, podobnie jak on sam, są silnymi utleniaczami. Na przykład sole metali alkalicznych oddziela się podczas topienia zgodnie z równaniem:
2KNO3 = 2KNO2 + O2
Dzięki temu w roztopionej saletrze spala się węgiel i inne substancje łatwopalne (ryc. 62).
Sole metale ciężkie również rozkładają się z wydzieleniem tlenu, ale według innego wzoru.
2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2 + O2
Ryż. 63. Obieg azotu w przyrodzie
Do produkcji czarnego prochu używa się azotanu potasu. Aby to zrobić, miesza się go z węglem i siarką. Nie stosuje się go do tego celu, ponieważ jest higroskopijny. Po zapaleniu czarny proch pali się intensywnie zgodnie z równaniem:
2KNO3 + 3С + S = N2 + 3CO2 + K2S
Bardzo dobrymi nawozami azotowymi są azotany wapnia i amonu. Ostatnio azotan potasu stał się również powszechny jako nawóz.
Kwas azotowy znajduje szerokie zastosowanie w produkcji farmaceutyków chemicznych (streptocydów), barwników organicznych, celuloidów, błon i klisz fotograficznych. Sole kwasu azotowego mają szerokie zastosowanie w pirotechnice.
W naturze istnieje cykl azotowy, podczas którego rośliny obumierające zwracają otrzymany azot z powrotem do gleby. Zwierzęta żerujące na roślinach oddają do gleby azot w postaci odchodów, a po śmierci ich zwłoki gniją i tym samym oddają do gleby również otrzymany z nich azot (ryc. 63). Zbierając plony, człowiek zakłóca ten cykl, zakłóca go i tym samym zuboża glebę w azot, dlatego konieczne jest aplikowanie na pola azotu w postaci nawozów mineralnych.
▪ 49. Jak przeprowadzić szereg przekształceń
Kwas azotowy
Jeśli podgrzejesz azotan potasu lub sodu, stracą one część tlenu i zamienią się w sole kwasu azotawego HNO2. Rozkład jest łatwiejszy w obecności ołowiu, który wiąże uwolniony tlen:
Sole kwasu azotawego - azotyny - tworzą kryształy dobrze rozpuszczalne w wodzie (z wyjątkiem azotynu srebra). Azotyn sodu NaNO 2 wykorzystywany jest do produkcji różnych barwników.
Po wystawieniu roztworu azotynu na działanie rozcieńczonego kwasu siarkowego otrzymuje się wolny kwas azotawy:
Jest to jeden ze słabych kwasów (K=A- 10 ~ 4) i jest znany tylko w bardzo rozcieńczonych roztworach wodnych. Gdy roztwór jest zatężany lub podgrzewany, kwas azotawy rozkłada się:
Stopień utlenienia azotu w kwasie azotawym wynosi +3, tj. jest pośrednia pomiędzy najniższymi i najwyższymi możliwymi wartościami stopnia utlenienia azotu. Dlatego HNO 2 wykazuje dualizm redoks. Pod wpływem środków redukujących ulega redukcji (zwykle do NO), a w reakcjach z utleniaczami utlenia się do HNO 3. Przykłady obejmują następujące reakcje:
Kwas azotowy
Czysty kwas azotowy HNO3 jest bezbarwną cieczą o gęstości 1,51 g/cm3, która w temperaturze -42 0C krzepnie w przezroczystą krystaliczną masę. W powietrzu „dymi” jak stężony kwas solny, ponieważ jego opary tworzą wraz z wilgocią w powietrzu małe kropelki mgły.
Kwas azotowy nie jest silny. Już pod wpływem światła stopniowo ulega rozkładowi:
Im wyższa temperatura i im bardziej stężony jest kwas, tym szybciej następuje rozkład. Uwolniony dwutlenek azotu rozpuszcza się w kwasie i nadaje mu brązowy kolor.
Kwas azotowy jest jednym z najsilniejszych kwasów; w rozcieńczonych roztworach całkowicie rozkłada się na jony H + i NO 3.
Charakterystyczna właściwość kwas azotowy to jego wyraźna zdolność utleniająca. Kwas azotowy jest jednym z najbardziej energetycznych utleniaczy. Wiele niemetali łatwo się przez niego utlenia, zamieniając się w odpowiednie kwasy. Zatem siarka gotowana z kwasem azotowym stopniowo utlenia się Kwas Siarkowy, fosfor - w fosfor. Tlący się węgiel zanurzony w stężonym HNO 3 płonie jasno.
Kwas azotowy działa na prawie wszystkie metale (z wyjątkiem złota, platyny, tantalu, rodu, irydu), zamieniając je w azotany, a niektóre metale w tlenki.
Stężony HNO 3 pasywuje niektóre metale. Łomonosow odkrył również, że żelazo, które łatwo rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie azotowym, nie rozpuszcza się w zimnym stężonym HNO 3. Później odkryto, że kwas azotowy ma podobny wpływ na chrom i aluminium. Metale te przechodzą pod wpływem stężonego kwasu azotowego w stan pasywny (patrz § 100).
Stopień utlenienia azotu w kwasie azotowym wynosi +5. Działając jako środek utleniający, HNO 3 można zredukować do różnych produktów:
Która z tych substancji powstaje, tj. to, jak głęboko kwas azotowy ulega redukcji w danym przypadku, zależy od rodzaju środka redukującego i warunków reakcji, przede wszystkim od stężenia kwasu. Im wyższe stężenie HNO 3, tym mniej głęboko ulega on redukcji. W reakcjach z stężony kwas Najczęściej uwalniany jest NO 2. Kiedy rozcieńczony kwas azotowy reaguje z metalami o niskiej aktywności, takimi jak miedź, uwalniany jest NO. W przypadku metali bardziej aktywnych - żelaza, cynku - powstaje N 2 O. Mocno rozcieńczony kwas azotowy reaguje z metalami aktywnymi - cynkiem, magnezem, glinem - tworząc jon amonowy, który z kwasem daje azotan amonu. Zwykle powstaje kilka produktów jednocześnie.
Dla ilustracji, oto schematy reakcji utleniania niektórych metali kwasem azotowym:
Kiedy kwas azotowy działa na metale, wodór z reguły nie jest uwalniany.
Podczas utleniania niemetali stężony kwas azotowy, podobnie jak metale, jest redukowany do NO 2, na przykład:
Bardziej rozcieńczony kwas jest zwykle redukowany do NO, na przykład:
Podane wykresy ilustrują najbardziej typowe przypadki oddziaływania kwasu azotowego z metalami i niemetalami. Ogólnie reakcje redoks z udziałem HNO 3 są złożone.
Nazywa się mieszaniną składającą się z 1 objętości azotu i 3-4 objętości stężonego kwasu solnego wódka królewska. Aqua regia rozpuszcza niektóre metale, które nie reagują z kwasem azotowym, w tym „króla metali” – złoto. Jego działanie tłumaczy się tym, że kwas azotowy utlenia kwas solny, uwalniając wolny chlor i tworząc chlorotlenek azotu(III), lub chlorek nitrozylu, NOCl:
Chlorek nitrozylu jest półproduktem reakcji i rozkłada się:
Chlor w momencie uwolnienia składa się z atomów, co decyduje o wysokiej zdolności utleniającej wody królewskiej. Reakcje utleniania złota i platyny przebiegają głównie według następujących równań:
Z nadmiarem kwasu solnego tworzą się chlorek złota (III) i chlorek platyny (IV). złożone związki H[AuCl4] i H2.
Dla wielu materia organiczna kwas azotowy działa tak, że w cząsteczce znajduje się jeden lub więcej atomów wodoru związek organiczny są zastąpione przez grupy nitrowe - NO 2. Proces ten nazywa się nitrowanie i ma bardzo ważne w chemii organicznej.
Strukturę elektronową cząsteczki HNO 3 omówiono w § 44.
Kwas azotowy jest jednym z najważniejsze połączenia azot: stosowany w dużych ilościach do produkcji nawozów azotowych, materiałów wybuchowych i barwników organicznych, służy jako środek utleniający w wielu procesach chemicznych, stosowany jest do produkcji kwasu siarkowego metodą azotawą oraz jest stosowany do produkcji lakiery i folie celulozowe.
Nazywa się sole kwasu azotowego azotany. Wszystkie dobrze rozpuszczają się w wodzie, a po podgrzaniu rozkładają się, uwalniając tlen. W tym przypadku azotany najbardziej aktywnych metali zamieniają się w azotyny:
Azotany większości innych metali rozkładają się po podgrzaniu na tlenek metalu, tlen i dwutlenek azotu. Na przykład:
Wreszcie azotany najmniej aktywnych metali (na przykład srebra, złota) rozkładają się po podgrzaniu do wolnego metalu:
Łatwo oddzielające tlen azotany są energetycznymi utleniaczami w wysokich temperaturach. Przeciwnie, ich roztwory wodne nie wykazują prawie żadnych właściwości utleniających.
Do najważniejszych należą azotany sodu, potasu, amonu i wapnia, które w praktyce nazywane są azotanami saletra.
Azotan sodu NaNO3 lub Azotan sodu, czasami nazywany także saletrą chilijską, występuje w duże ilości występuje w przyrodzie tylko w Chile.
Azotan potasu KNO3 lub azotan potasu, występuje również w przyrodzie w małych ilościach, ale jest otrzymywany głównie sztucznie w reakcji azotanu sodu z chlorkiem potasu.
Obie te sole stosuje się jako nawozy, a azotan potasu zawiera dwa niezbędne dla roślin pierwiastki: azot i potas. Azotany sodu i potasu stosuje się także do topienia szkła i Przemysł spożywczy do konserwowania żywności.
Azotan wapnia Ca(NO 3) 2 lub azotan wapnia, otrzymywany w dużych ilościach przez zobojętnienie kwasu azotowego wapnem; używany jako nawóz.
Azotan amonowy NH4NO3.
- Uczniów zachęca się do samodzielnego tworzenia pełnych równań dla tych reakcji.
Kwas azotowy HNO 2 to słaby kwas jednozasadowy, który występuje tylko w rozcieńczonych roztworach wodnych, zabarwionych na jasnoniebieski kolor i w fazie gazowej. Sole kwasu azotawego nazywane są azotynami lub kwasami azotawymi. Azotyny są znacznie bardziej stabilne niż HNO 2 i wszystkie są toksyczne.
Struktura
W fazie gazowej płaska cząsteczka kwasu azotawego występuje w dwóch konfiguracjach cis- I trans-.
| izomer cis | izomer trans |
W temperaturze pokojowej dominuje izomer trans: ta struktura jest bardziej stabilna. Zatem dla cis-HNO 2 (g) DG° f = –42,59 kJ/mol, a dla trans-HNO 2 (g) DG = –44,65 kJ/mol.
Właściwości chemiczne
W roztworach wodnych równowaga:
Po podgrzaniu roztworu kwas azotawy rozkłada się, uwalniając i tworząc kwas azotowy:
HNO2 jest słabym kwasem. Dysocjuje w roztworach wodnych (K D =4,6·10−4), nieco silniej niż kwas octowy. Łatwo zastąpione przez mocniejsze kwasy z soli:
Kwas azotawy wykazuje zarówno właściwości utleniające, jak i redukujące. Pod wpływem silniejszych utleniaczy (nadtlenek wodoru, chlor, nadmanganian potasu) ulega utlenieniu do kwasu azotowego:
Jednocześnie jest w stanie utleniać substancje o właściwościach redukujących:
\mathsf(2HNO_2 + 2HI \rightarrow 2NO\uparrow + I_2 +2H_2O)
Paragon
Kwas azotawy można otrzymać przez rozpuszczenie tlenku azotu (III) N 2 O 3 w wodzie:
Aplikacja
Kwas azotawy służy do diazowania pierwszorzędowych amin aromatycznych i tworzenia soli diazoniowych. Azotyny wykorzystywane są w syntezie organicznej do produkcji barwników organicznych.
Działanie fizjologiczne
Kwas azotawy jest toksyczny i ma wyraźne działanie mutagenne, ponieważ jest środkiem deaminującym.
Źródła
- Karapetyants M. Kh., Drakin S. I. Generał i chemia nieorganiczna. M.: Khimiya1994
Napisz recenzję o artykule "Kwas azotawy"
Spinki do mankietów
- // Słownik encyklopedyczny Brockhausa i Efrona: w 86 tomach (82 tomy i 4 dodatkowe). - Petersburgu. , 1890-1907.
| To jest szkic artykułu na temat materii nieorganicznej. Możesz pomóc projektowi dodając do niego. |
Fragment charakteryzujący kwas azotawy
Sonia, jakby nie wierząc własnym uszom, wszystkimi oczami patrzyła na Nataszę.- A Bolkoński? - powiedziała.
- Och, Sonya, och, gdybyś tylko wiedziała, jaki jestem szczęśliwy! – powiedziała Natasza. -Nie wiesz co to miłość...
– Ale, Natasza, czy to naprawdę już koniec?
Natasza spojrzała na Sonyę dużymi, otwartymi oczami, jakby nie rozumiejąc jej pytania.
- Cóż, odmawiasz księciu Andriejowi? - powiedziała Sonia.
„Och, nic nie rozumiesz, nie opowiadaj bzdur, po prostu słuchaj” – powiedziała Natasza z natychmiastową irytacją.
„Nie, nie mogę w to uwierzyć” – powtórzyła Sonya. - Nie rozumiem. Jak kochałeś jedną osobę przez cały rok i nagle... Przecież widziałeś go tylko trzy razy. Natasza, nie wierzę ci, jesteś niegrzeczna. Za trzy dni zapomnisz o wszystkim i tak...
„Trzy dni” – powiedziała Natasza. „Wydaje mi się, że kocham go od stu lat”. Wydaje mi się, że nigdy przed nim nie kochałam nikogo. Nie możesz tego zrozumieć. Sonya, poczekaj, usiądź tutaj. – Natasza przytuliła ją i pocałowała.
„Powiedzieli mi, że to się dzieje i dobrze słyszeliście, ale teraz doświadczyłem tylko tej miłości”. To nie jest to samo co kiedyś. Gdy tylko go zobaczyłem, poczułem, że jest moim panem, a ja jego niewolnikiem i że nie mogę go nie kochać. Tak, niewolniku! Cokolwiek mi powie, zrobię to. Nie rozumiesz tego. Co powinienem zrobić? Co mam zrobić, Soniu? - powiedziała Natasza z szczęśliwą i przestraszoną twarzą.
„Ale pomyśl o tym, co robisz” – powiedziała Sonya – „nie mogę tego tak zostawić”. Te tajne listy... Jak mogłeś mu na to pozwolić? – powiedziała z przerażeniem i obrzydzeniem, którego z trudem ukrywała.
„Powiedziałam ci” – odpowiedziała Natasza – „że nie mam woli, jak możesz tego nie zrozumieć: kocham go!”
„W takim razie nie pozwolę, żeby to się stało, powiem ci” – krzyknęła Sonya przez łzy.
„Co ty robisz, na litość boską… Jeśli mi powiesz, jesteś moim wrogiem” – przemówiła Natasza. - Chcesz mojego nieszczęścia, chcesz, żebyśmy się rozstali...
Widząc ten strach przed Nataszą, Sonya zapłakała łzami wstydu i litości dla swojej przyjaciółki.
- Ale co się stało między wami? - zapytała. -Co on ci powiedział? Dlaczego nie idzie do domu?
Natasza nie odpowiedziała na jej pytanie.
„Na litość boską, Sonya, nie mów nikomu, nie torturuj mnie” – błagała Natasza. – Pamiętasz, że nie możesz wtrącać się w takie sprawy. Otworzyłem to dla ciebie...
– Ale po co te tajemnice! Dlaczego nie idzie do domu? – zapytała Sonia. - Dlaczego nie szuka bezpośrednio twojej ręki? W końcu książę Andriej dał ci całkowitą swobodę, jeśli tak jest; ale nie wierzę w to. Natasza, czy zastanawiałaś się, jakie mogą być tajne powody?
Natasza spojrzała na Sonię zdziwionym wzrokiem. Najwyraźniej po raz pierwszy zadała to pytanie i nie wiedziała, jak na nie odpowiedzieć.
– Nie wiem, jakie są przyczyny. Ale są powody!
Sonia westchnęła i pokręciła głową z niedowierzaniem.
„Gdyby były powody…” – zaczęła. Ale Natasza, odgadując jej wątpliwości, przerwała jej ze strachem.
- Sonya, nie możesz w niego wątpić, nie możesz, nie możesz, rozumiesz? - krzyknęła.
- Czy on cię kocha?
- Czy on cię kocha? – powtórzyła Natasza z uśmiechem żalu z powodu niezrozumienia przyjaciółki. – Czytałeś list, widziałeś go?
- A co jeśli jest to osoba niegodziwa?
– Czy on!... jest osobą niegodziwą? Gdybyś tylko wiedział! – powiedziała Natasza.
