Химические свойства азотной кислоты

Реакция кислоты HNO ₃ с неметаллами:

S + 6HNO₃^конц = H₂SO₄ + 6NO₂ + 2H₂O

S + 2HNO₃^разб= H₂SO₄ + 2NO↑

P +5HNO₃^конц = H₃PO₃ + 5NO₂ + H₂O

P +5HNO₃^разб + Н₂О = 3H₃PO₃ + 5NO + 2H₂O

B + 3HNO₃^конц = H₃BO₃ + 3NO₂

C + 4HNO₃^конц. = CO₂ + 2H₂O + 4NO₂

NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃

Реакция кислоты HNO ₃ с металлами:

Реакция разб. кислоты с металлами до Al

4Mg + 10HNO₃ = 4Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

Реакция разб. кислоты с металлами после Al [Ni, Cu, Ag, Hg]

3Cu + 8HNO₃^разб = 3Cu(NO)₃ + 2NO + 6H₂O

Реакция конц. кислоты с металлами после Al [Ni, Cu, Ag, Hg]

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

Реакция конц. кислоты с металлами до Al

4Ca + 10HNO₃^конц = 4Ca(NO₃)₂ + 2N₂O↑ + 5H₂O

MgO + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + H₂O

Mg(OH)₂ + 2HNO₃ = Mg(NO₃)₂ + 2H₂O

Na₂CO₃ + 2HNO₃ = Na(NO₃) + CO₂↑ + H₂O (соль более слабой кислоты)

4HNO₃^конц = 2H₂O + 4NO₂↑ + O₂↑

Получение азотной кислоты:             

4NO₂ + 2H₂O + O₂ = 4HNO₃

Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄^конц = BaSO₄↓ + 2HNO₃ t ≈ 45⁰C

Царская водка: смесь, состоящая из одного объёма концентрированной азотной

кислоты и трех объёмов концентрированной соляной кислоты. Растворяет золото

и платиновые металлы:

Au + 1HNO₃ + 3HCl = AuCl₃ + NO + 2H₂O

3Pt + 4HNO₃ + 12HCl = 3PtCl₄ + 4NO + 8H₂O

1.3.2 Химические свойства серной кислоты H ₂ SO ₄

Разбавленная серная кислота реагирует:

MgO + H₂SO₄= MgSO₄ + H₂O

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl

 В разбавленной серной кислоте растворяются металлы (до водорода Н₂)

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑

Концентрированная серная кислота.

Металлы после Н₂: Cu +2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Реакция с активными металлами (Zn, Al, Mg,..). В зависимости от конц.кислоты:

Zn +  2H₂SO₄ = ZnSO₄ + SO₂ + 2H₂O

3Zn + 4H₂SO₄ = 3ZnSO₄ + S + 4H₂O

4Zn + 5H₂SO₄ = 4ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O

Химические свойства сероводородной кислоты

Раствор сероводорода H₂S в воде – слабая, двухосновная сероводородная кислота.

H₂S = H⁺ + HS^– (HS^– гидросульфид- ион)

                                HS^– = H⁺ + S^2–    (S^2– сульфид- ион)

 Кислота реагирует с а) оснόвными оксидами (СаО); б) основаниями (NaOH);

в) солями (CuSO₄); г) металлами (Са):

a) H₂S + CaO = CaS + H₂O;

б) H₂S + NaOH = NaHS + H₂O;  H₂S + 2NaOH = Na₂S + H₂O

в) H₂S + CuSO₄ = CuS↓ + H₂SO₄;  г) H₂S + Cа = CaS + H₂

1.4 Соли. Основные понятия и определения

Солями называются сложные соединения, состоящие из катиона металла и аниона кислотного остатка. По составу соли могут быть средними, кислыми,оснόвными, двойными и комплексными.

Средние (нормальные) соли – продукты полного замещения водорода в молекуле кислоты атомами металла или продукты полного замещения гидроксильных групп в молекуле основания кислотным остатком:

H₂SO₄ → ZnSO₄                   Fe(OH)₃ → Fe(NO₃)₃

Названия солей: BaSO₄(сульфат бария), AlPO₄(фосфат алюминия)

  Кислые соли – продукты неполного замещения атомов водорода

 в молекулах многоосновных кислот атомами металлов: NaHSO₄; Cu(H₂PO₄)₂

Названия солей: Na(H₂PO₄)(дигидрофосфат натрия), (CuOH)₂SO₄

                      (оснόвный сульфат меди)

Оснόвные соли – продукты неполного замещения гидроксильных групп в молекулах многоосновных оснований кислотными остатками: [(FeOH)]SO₄

(СuOH)₂SO₄ (гидроксосульфат меди), FeOHCl₂ (гидроксохлорид железа)

(MnOH)NO₃(гидроксонитрат марганца)

Соли могут быть получены:

взаимодействием основных и кислотных оксидов:

2×МgО + SiО₂ Þ Мg2SiО₄,

реакцией взаимодействия оснόвных оксидов с кислотами

СdО + Н₂СО₃ Þ СdCО₃ + Н₂О,

реакцией кислотного оксида с основаниями

CO₂ + Ca(ОН)₂ Þ CaCO₃ + H₂О,

взаимодействием кислот и оснований (реакция нейтрализации)

KOH + HNO₃ Þ KNO₃ + H₂O

По растворимости в воде соли могут быть хорошо растворимыми и плохо растворимыми. Существуют экспериментально установленные таблицы растворимости. К хорошо растворимым  солям относятся хлориды, нитраты и ацетаты (соли уксусной кислоты).

Химические свойства солей

а) Соли взаимодействуют с металлами. Данный металл может вытеснять из раствора соли только те металлы, которые находятся правее его в электрохимическом ряду напряжений: Li(самый активный), Rb, K, Cs, Ra, Ba, Sr, Са, Na, Ac, La, Y, Mg, Sc, Be, Al Ti, Mn, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Co, Ni, Sn, Pb, H₂

Sb, Re, Bi, Cu, Hg, Ag, Rh, Pd, Pt, Au(самый неактивный)

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu; железо более активный металл, чем медь.

б) Растворы солей реагируют с щелочами (обязательно образование осадка):

K₂CO₃ + Ba(OH)₂ = BaCO₃↓ + 2KOH;

2Аl₂(SO₄)₃ + 6CsOH Þ 2Al(OH)₃¯ + 3Cs₂SO₄

в) Растворы солей реагируют с кислотами (обязательно образование осадка):

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2HCl

Оснόвные соли взаимодействуют с кислотами с образованием солей:

CuOHCl + HCl = CuCl₂ + H₂O; Fe(OH)₂NO₃ + HNO₃ = FeOH(NO₃)₂ + H₂O

Кислые соли при реакции с щелочами образуют средние соли и воду:

NaHSO₃ + NaOH = Na₂SO₃ + H₂O

б) Растворы солей реагируют с солью (обязательно образование осадка):

AgNO₃ + KCl = AgCl↓ + KNO₃

Растворимые соли вступают в обменные взаимодействия при образовании малорастворимого соединения. Например, АgNО₃ + НСl = AgCl_¯ + HNO₃

Двойные и комплексные соли

   Двойные соли [ KAl(SO₄)₂; NH₄Fe(SO₄)₂] образуются при соединении

 нейтральных молекул разных веществ друг с другом:

K₂SO₄ + Al₂(SO₄)₂ = K₂SO₄▪Al₂(SO₄)₃                [2KAl(SO₄)₂]

(NH₄)₂SO₄ + Fe₂(SO₄)₃ = (NH₄)₂SO₄▪Fe₂(SO₄)₃ [2NH₄Fe (SO₄)₂] Многие минералы – это двойные соли.

   Комплексные соли {[ Cu(NH₃)₄]SO₄; K₃[Fe(CN)₆]} образуются в результате

взаимодействия иона – комплексообразователя (ион металла) с лигандами, противоположно заряженными ионами или нейтральными молекулами.

Ион – комплексообразователь и лиганды образуют внутреннюю сферу комплексного соединения, которую обозначают квадратными скобками.

Ионы, не вошедшие во внутреннюю сферу, образуют внешнюю сферу. Если

ион – комплексообразователь – катион, то во внешней сфере находятся анионы:

[Cu(NH₃)₄]²⁺SO₄^2─; [Ag(NH₃)₂]⁺¹Cl^─

Если ион – комплексообразователь – анион, то во внешней сфере находятся катионы: 4К⁺ [Fe(CN)₆]^4─, Na¹⁺ [Ag(CN)₂]^1─

Существуют нейтральные комплексы, например:  [Co(NH₃)₃Cl₃]⁰.

 Число лигандов (аддендов), которые координируются вокруг центрального иона – комплексообразователя, называют координационным числом. Координационные числа для ионов металлов приведены в таблице.

 

Кординац. число	Ионы – комплексообразователи.
2	Cu^+, Ag^+, Au^+
4	Cu^2+, Co^2+ Au^3+ Zn^2+ Pb^2+ Pt^2+ Al^3+
6	Fe^2+ Fe^3+ Co^3+ Ni^2+ Pt^4+ Pb^4+ Cr^3+

  

Отметим, что хлорофилл – комплексное соединение магния, гемоглобин – комплексное соединение железа, витамин В₁₂ – комплексное соединение кобальта.

Названия некоторых комплексных солей:

K₃[Fe(CN)₆] – гексацианоферрат (Ш) калия

[Ag(NH₃)₂]Cl – хлорид диамминсеребра (I).

Двойные соли отличаются от комплексных характером диссоциации в водных растворах. Двойные соли диссоциируют в одну ступень на катионы обоих металлов и анион кислотного остатка: KAl(SO₄)₂ = K⁺ + Al³⁺ + 2SO₄^2─

Комплексные соли при диссоциации образуют устойчивые комплексные ионы: [Cu(NH₃)₄]SO₄ = [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2─

Решение типовых задач

Задача. С какими из приведённых ниже веществ реагирует концентрированная азотная кислота?

1) Zn         2) NaOH         3) H₂SO₄         4) Al      5) NaCl _р-р

6) K₂SO₄             7) CaCO₃        8) AgNO₃        9) Zn(OH)₂

Решение. Очевидно, кислота будет реагировать с основаниями NaOH и Zn(OH)₂ с образованием слабо диссоциирующей H₂O:

HNO₃ + NaOH Þ NaNO₃ + H₂O

2×HNO₃ + Zn(OH)₂ Þ Zn(NO₃)₂ + 2×H₂O

Взаимодействие с CaCO₃ будет протекать интенсивно, в результате образуется слабая угольная кислота и выделяется газ.

HNO₃ + CaCO₃ Þ Ca(NO₃)₂ + H₂CO₃ Þ Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂­

По этой же причине реакции с H₂SO₄, NaCl _р-р и AgNO₃ протекать не будут: возможное обменное взаимодействие не приводит к образованию слаборастворимых соединений.

Азотная кислота является окислителем. При взаимодействии с Zn происходит его окисление, а азот восстанавливается

Zn + 4HNO_3(конц.) Þ Zn(NO₃)₂ + 2NO₂­ + 2H₂O

Аналогичная реакция с Al не протекает, поскольку на поверхности металла образуется прочная оксидная плёнка (пассивация поверхности).

Задача. Смешали растворы следующих соединений:

· 1) KCl + NaNO₃

· 2) NaOH + HNO₃

· 3) CaCl₂ + NaOH + Na₂CO₃

· 4) HCl + NaHCO₃

· 5) HCl + Na₂SO₄