§ 38. Азотная кіслата

Атрыманне

У аснове прамысловага атрымання азотнай кіслаты ляжаць рэакцыі паслядоўнага акіслення аміяку, якія можна паказаць схемай:

і адлюстраваць ураўненнямі рэакцый:

1) каталітычнае акісленне аміяку:

;

2) самаадвольнае акісленне аксіду азоту(II):

;

3) паглынанне аксіду азоту(IV) вадой у прысутнасці кіслароду:

,

а таксама

.

У лабараторыі азотную кіслату можна атрымаць узаемадзеяннем цвёрдай солі (салетры — нітрату натрыю або калію) з канцэнтраванай сернай кіслатой:

.

Гэты спосаб прапанаваў яшчэ ў XVII стагоддзі нямецкі хімік і аптэкар Рудольф Глаўбер, а атрыманую кіслату назваў «спірытус нітры» — «дух салетры».

Фізічныя ўласцівасці

Азотная кіслата ў інтэрвале тэмператур ад –41,6 да 82,6 °С з’яўляецца вадкасцю. Пах рэзкі, задушлівы. Шчыльнасць — 1,51 г/см³ (меншая, чым у сернай, але вышэйшая, чым у салянай кіслаты). Змешваецца з вадой у любых суадносінах (неабмежаваная растваральнасць). Пры захоўванні можа быць злёгку афарбаваная ў буры колер з прычыны раскладання з утварэннем бурага газу NO₂:

4HNO₃ = 4NO₂↑ + 2H₂O + O₂↑.

Хімічныя ўласцівасці

HNO₃ — моцная аднаасноўная кіслата, праяўляе агульныя ўласцівасці кіслот, абумоўленыя іонам вадароду, а акісляльныя ўласцівасці — за кошт атама азоту ў досыць высокай ступені акіслення +5.

I. Агульныя хімічныя ўласцівасці. Да агульных хімічных уласцівасцей азотнай кіслаты адносяцца яе дзеянне на індыкатары і ўтварэнне солей. Змена афарбоўкі індыкатараў адбываецца за кошт іонаў вадароду Н⁺, што ўтвараюцца пры дысацыяцыі кіслаты:

.

Солі (нітраты) утвараюцца пры ўзаемадзеянні з асноўнымі і амфатэрнымі аксідамі (1), гідраксідамі металаў (2), іншымі солямі (3):

1
2
3

II. Акісляльныя ўласцівасці азотнай кіслаты. Гэтыя ўласцівасці HNO₃ праяўляе ў рэакцыях з металамі, неметаламі, арганічнымі рэчывамі.

Яна акісляе металы, размешчаныя ў радзе актыўнасці як да вадароду, так і пасля вадароду, акрамя золата і плаціны. Так, пры ўзаемадзеянні канцэнтраванай азотнай кіслаты з меддзю і іншымі малаактыўны металамі (Ag, Hg і інш.) прадуктам аднаўлення з’яўляецца аксід азоту(IV) — буры газ:

,

а ў разбаўленай азотнай кіслаце — аксід азоту(II):

.

Састаў утвораных прадуктаў залежыць як ад канцэнтрацыі азотнай кіслаты, так і ад актыўнасці металу. Пры гэтым чым ніжэйшая канцэнтрацыя азотнай кіслаты і вышэйшая актыўнасць металу, тым мацней аднаўляецца азот.

З больш актыўнымі металамі прадуктамі аднаўлення могуць быць N₂O, NO, NO₂, N₂, NH₄NO₃. У агульным выглядзе ўзаемадзеянне азотнай кіслаты з металамі можна паказаць схемай:

Як правіла, у рэакцыі ўтвараецца сумесь прадуктаў аднаўлення з перавагай асобных з іх.

Успомнім таксама (9-ы кл.), што канцэнтраваная азотная кіслата пры нізкіх тэмпературах не ўзаемадзейнічае з жалезам, хромам, алюмініем, кобальтам — пасівіруе іх. Акрамя металаў, азотная кіслата акісляе многія неметалы (C, S, P). Арганічныя рэчывы ў канцэнтраванай кіслаце могуць запальвацца (аміны, шкіпінар).

Прымяненне азотнай кіслаты

Азотную кіслату выкарыстоўваюць для атрымання нітратаў, напрыклад:

Яе шырока ўжываюць у арганічным сінтэзе.

Нітраваннем вуглевадародаў атрымліваюць нітразлучэнні (нітрабензол — зыходнае рэчыва для сінтэзу аніліну і фарбавальнікаў на яго аснове):

Пры ўзаемадзеянні з арганічнымі рэчывамі, якія змяшчаюць ОН-групы (гліцэрына, цэлюлоза), атрымліваюць нітраэфіры:

Нітрагліцэрыну (нітраэфір) выкарыстоўваюць у медыцыне і для атрымання шэрага гатункаў бяздымнага пораху.

Нітраты

Солі азотнай кіслаты ўсе без выключэння добра растваральныя ў вадзе. Найважнейшая хімічная ўласцівасць нітратаў — іх здольнасць раскладацца пры награванні з утварэннем кіслароду. Састаў утвораных прадуктаў залежыць ад актыўнасці металу.

1. Нітраты шчолачных і шчолачназямельных металаў утвараюць нітрыт і кісларод:

.

2. Нітраты металаў, размешчаных у радзе актыўнасці ад магнію да медзі, раскладаюцца з утварэннем аксіду металу, аксіду азоту(IV) і кіслароду:

.

3. Нітраты металаў, размешчаных у радзе актыўнасці пасля медзі, пры раскладанні ўтвараюць метал, аксід азоту(IV) і кісларод:

.

Тэрмічнае раскладанне нітратаў можна паказаць схемай:

Вылучэнне кіслароду пры раскладанні дазваляе выявіць нітрат па «ўспышцы цвёрдай солі на распаленых вугольчыках» (Дадатак 3).

Варта адзначыць, што нітрат амонію, раскладаючыся пры тэмпературы не вышэйшай за 200 °С, кіслароду не ўтварае:

.

Выкарыстанне нітратаў. Нітраты натрыю, калію, кальцыю, амонію (NaNO₃, KNO₃, Са(NO₃)₂, NH₄NO₃) называюць салетрамі і выкарыстоўваюць у якасці ўгнаенняў. Яшчэ адзін важны напрамак выкарыстання нітратаў — піратэхніка: нітраты раскладаюцца пры награванні з вылучэннем кіслароду, які з’яўляецца моцным акісляльнікам, асабліва ў момант вылучэння. Кісларод пры гэтым служыць акісляльнікам іншых кампанентаў пораху.

Раскладанне нітрату натрыю можна выкарыстоўваць у лабараторыі для атрымання кіслароду:

(прадукты — кісларод і нітрыт натрыю — соль слабай азоцістай кіслаты).

Нітрат серабра(I) — складовую частку ляпісу — выкарыстоўваюць у медыцынскіх мэтах. У харчовай прамысловасці выкарыстоўваюць нітрат і нітрыт натрыю як кансерванты (Е251, Е250) для сыроў і каўбасных вырабаў. Мясным вырабам гэтыя солі надаюць яркі ружова-чырвоны колер. Гэтымі солямі карысталіся яшчэ старажытныя грэкі і егіпцяне.

Пытанні, заданні, задачы

1. Выпішыце з тэксту параграфа восем формул нітратаў.

2. Пералічыце найважнейшыя фізічныя ўласцівасці азотнай кіслаты.

3. Укажыце афарбоўку раствору азотнай кіслаты пры дадаванні:

• а) лакмусу;
• б) метыларанжу.

4. Складзіце формулы нітратаў магнію, літыю, жалеза(III), барыю.

5. Прааналізуйце магчымасць працякання рэакцый у растворы паміж азотнай кіслатой і солямі: хларыд калію, карбанат калію, сульфід натрыю, сульфат натрыю.

6. Складзіце ўраўненні рэакцый у малекулярнай і іоннай формах паміж азотнай кіслатой і рэчывамі, формулы якіх: Fe₂O₃, Са(ОН)₂, МgСО₃.

7. Разлічыце масу солі, якую можна атрымаць у выніку ўзаемадзеяння медзі і раствору масай 50 г з масавай доляй азотнай кіслаты 60 % (кіслата канцэнтраваная).

8. Метадам электроннага балансу расстаўце каэфіцыенты ва ўраўненнях рэакцый з удзелам азотнай кіслаты:

• S + HNO_3(канц) = H₂SO₄ + NO₂↑ + H₂O;
• Mg + HNO_3(канц) = Mg(NO₃)₂ + N₂↑ + H₂O.

9. Запішыце ўраўненні рэакцый згодна са схемай:

• а) ;
• б) .

10. Які мінімальны аб’ём раствору азотнай кіслаты з масавай доляй 80 % і шчыльнасцю 1,45 г/см³ неабходны для растварэння серабра масай 4,32 г? Рэакцыя працякае паводле схемы:

Ag + HNO₃ → AgNO₃ + NO₂↑ + H₂O.

*Самакантроль

1. Структурныя формулы азотнай кіслаты:

а) 

б) 

в) 

г) 

2. Правільнымі адносна азотнай кіслаты з’яўляюцца сцвярджэнні:

• а) двухасноўная;
• б) валентнасць азоту — IV;
• в) ступень акіслення атама азоту 4;
• г) моцны акісляльнік.

3. Прадуктамі ўзаемадзеяння разбаўленай азотнай кіслаты з меддзю з’яўляюцца:

• а) NO;
• б) H₂O;
• в) NO₂;
• г) Cu(NO₃)₂.

4. Азотная кіслата ўступае ў рэакцыі абмену з:

• а) Сu;
• б) CаO;
• в) Ca(OH)₂;
• г) NH₃.

5. Салетрамі называюць абедзве солі ў радзе:

• а) NH₄NO₃ і NH₄Cl;
• б) NаNO₃ і NH₄НSO₄;
• в) Cu(NO₃)₂ і AgNO₃;
• г) NаNO₃ і NH₄NO₃.