Азотная кислота свойства и применение. Азотная кислота (I). Физические и физико-химические свойства

Азотная кислота

HNO 3

Опытным путём доказано, что в молекуле азотной кислоты между двумя атомами кислорода и атомом азота две химические связи абсолютно одинаковые – полуторные связи. Степень окисления азота +5, а валентность равна IV.

Физические свойства

Азотная кислота HNO 3 в чистом виде - бесцветная жидкость с резким удушливым запахом, неограниченно растворимая в воде; t°пл.= -41°C; t°кип.= 82,6°С, r = 1,52 г/см 3 . В небольших количествах она образуется при грозовых разрядах и присутствует в дождевой воде.

N 2 + O 2 грозовые эл.разряды→ 2NO 2NO + O 2 → 2NO 2

Под действием света азотная кислота частично разлагается с выделением NО 2 и за cчет этого приобретает светло-бурый цвет:

4НNО 3 свет→ 4NО 2 (бурый газ) + 2Н 2 О + О 2

Азотная кислота высокой концентрации выделяет на воздухе газы, которые в закрытой бутылке обнаруживаются в виде коричневых паров (оксиды азота). Эти газы очень ядовиты, так что нужно остерегаться их вдыхания. Азотная кислота окисляет многие органические вещества. Бумага и ткани разрушаются вследствие окисления образующих эти материалы веществ. Концентрированная азотная кислота вызывает сильные ожоги при длительном контакте и пожелтение кожи на несколько дней при кратком контакте. Пожелтение кожи свидетельствует о разрушении белка и выделении серы (качественная реакция на концентрированную азотную кислоту – жёлтое окрашивание из-за выделения элементной серы при действии кислоты на белок – ксантопротеиновая реакция). То есть – это ожог кожи. Чтобы предотвратить ожог, следует работать с концентрированной азотной кислотой в резиновых перчатках.

Получение

1. Лабораторный способ KNO 3 + H 2 SO 4 (конц) → KHSO 4 + HNO 3 (при нагревании) 2. Промышленный способ Осуществляется в три этапа: a) Окисление аммиака на платиновом катализаторе до NO 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O (Условия: катализатор – Pt, t = 500˚С) б) Окисление кислородом воздуха NO до NO 2 2NO + O 2 → 2NO 2 в) Поглощение NO 2 водой в присутствии избытка кислорода 4NO 2 + О 2 + 2H 2 O ↔ 4HNO 3

Химические свойства

1. Очень сильная кислота. Диссоциирует в водном растворе практически нацело:

HNO 3 = H+ + NO 3 -

Реагирует:

2. с основными оксидами

CuO + 2HNO 3 = Cu(NO 3 ) 2 + H 2 O

CuO + 2H + + 2NO 3 - = Cu 2+ + 2NO 3 - + H 2 O

или CuO + 2H + = Cu 2+ + H 2 O

3. с основаниями

HNO 3 + NaOH = NaNO 3 + H 2 O

H + + NO 3 - + Na + + OH - = Na + + NO 3 - + H 2 O

или H + + OH - = H 2 O

4. вытесняет слабые кислоты из их солей


2HNO 3 + Na 2 CO 3 = 2NaNO 3 + H 2 O + CO 2

2H + + 2NO 3 - + 2Na + + СO 3 2- = 2Na + + 2NO 3 - + H 2 O + CO 2

2H + + СO 3 2- = H 2 O + CO 2

Специфические свойства азотной кислоты

Сильный окислитель

1. Разлагается на свету и при нагревании

t°
4HNO 3 = 2H 2 O + 4NO 2 + O 2

Одноосновная сильная кислота, представляющая собой в стандартных условиях бесцветную жидкость, которая при хранении желтеет, может находиться в твердом состоянии, характеризующемся двумя кристаллическими модификациями (моноклинная или ромбическая решетки), при температурах ниже минус 41,6 оС. Это вещество с химической формулой - HNO3 - называется азотная кислота. Имеет молярную массу 63,0 г/моль, а ее плотность соответствует 1,51 г/см³.

Азотная кислота - коррозионно активное, токсическое вещество и сильный окислитель. Со средних веков известно такое название, как «сильная вода» (Aqua fortis). Алхимики, открывшие кислоту в 13 веке, дали такое название, убедившись в ее необычайных свойствах (разъедала все металлы, кроме золота), превосходящих в миллион раз силу уксусной кислоты, которую в те времена считали самой активной. Но еще через три столетия было установлено, что разъедать, даже золото, может смесь таких кислот, как азотная и соляная в объемном соотношении 1:3, которую по этой причине и назвали «царская водка». Появление желтого оттенка при хранении объясняется накоплением в ней окислов азота. В продаже кислота чаще бывает с концентрацией 68 %, а при содержании основного вещества более 89 % ее называют «дымящей».

Применение азотной кислоты

Азотная кислота в промышленности широко применяется для получения лекарств, красителей, взрывчатых веществ, азотных удобрений и солей азотной кислоты. Кроме того, она используется для растворения металлов (например, медь, свинец, серебро), которые не реагируют с другими кислотами. В ювелирном деле используется для определения золота в сплаве (это способ является основным).

В органическом синтезе широко применяется смесь концентрированной азотной кислоты и серной кислоты - «нитрующая смесь».

В металлургии азотная кислота применяется для растворения и травления металлов, а также для разделения золота и серебра. Также азотную кислоту применяют в химической промышленности, в производстве взрывчатых веществ, в производстве полупродуктов для получения синтетических красителей и других химикатов.

Кислота азотная техническая используется при никелировании, гальванизации и хромировании деталей, а также в полиграфической промышленности. Широко используется кислота азотная в молочной, электротехнической промышленности.

Получение азотной кислоты

Современные промышленные способы получения азотной кислоты основаны на каталитическом окислении аммиака кислородом воздуха. При« описании свойств аммиака было указано, что он горит в кислороде, причём продуктами реакции являются вода и свободный азот. Но в присутствии катализаторов - окисление аммиака кислородом может протекать иначе.

Если пропускать смесь аммиака с воздухом над катализатором, то при 750 °С и определён­ном составе смеси происходит почти полное превращение. Образовавшийся NO легко переходит в NO2, который с водой в присутствии кислорода воздуха дает азотную кислоту.

В качестве катализаторов при окислении аммиака используют сплавы на основе платины. Получаемая окислением аммиака азотная кислота имеет концентрацию, не превышающую 60%. При необходимости ее концен­трируют, Промышленностью выпускается разбавленная азотная кислота концентрацией 55, 47 и 45%, а концентрированная-98 и 97.

И воду.

В полумраке же, кислота с водой легко смешивается в любых пропорциях. У вещества есть и кристаллическое состояние.

Оно может быть моноклинным и ромбическим. Это указывает на форму ячеек кристаллической решетки.

Моноклинная составлена из наклоненных параллелепипедов, а ромбическая, соответственно, из ромбов.

Отличаются ли свойства растворов от ее , как вещество добывается и где применяется? Вопросы заданы, остается дать на низ ответы.

Свойства азотной кислоты

В обычных условиях кристаллическую кислоту можно лицезреть лишь в жарких странах.

В состояние бесцветная жидкость переходит лишь при 42-ух градусах Цельсия. До этой отметки вещество остается жидким и парит.

При этом, реагент источает резкий, удушливый запах. С ним, собственно, связана история открытия азотной кислоты . Обнаружил ее Даниэль Резерфорд.

Шотландец изучал продукты сжигания , , . В ходе работ выделялся газ, который химик назвал удушливым воздухом.

Ученый отметил, что вещество не поддерживает горение и непригодно для дыхания.

Позже, выяснилась формула азотной кислоты : — HNO 3 . Получается, вещество одноосновное.

Так именуют , в состав которых входит лишь один атом водорода. С водой вещество смешивается в любых пропорциях.

Поэтому, существует концентрированная азотная кислота и неконцентрированная.

Первая активно дымит, то есть, летуча. Химические свойства концентрата разнятся с разбавленой версией.

Если кислоты в растворе около 60%, он будет реагировать со всеми металлами кроме , , , , , и .

Отсюда вывод, в какой таре нужно хранить вещество. и фляги, конечно, не выгодны.

А вот емкости из железа и алюминия и бюджетны, и надежны, поскольку закрывают кислоту от света. Главное, не выбрать тару из меди. Азотная кислота ее растворит.

Реагируя с металлами, концентрированный раствор азотной кислоты выделяет бурый газ. Его формула: — NО 2 .

Параллельно, образуются кислоты. В зависимости от растворенного металла, реакции разнятся.

При взаимодействии с рядом до , образуются диоксиды, и выделяется кислород.

Реакция с солями металлов, находящимися после магния до , дает бурый газ, оксид азота и кислород.

Если к кислоте присоединится соль любого металла после меди, металл отделится. Вместе с ним выделяются бурый газ и кислород.

Разбавленная азотная кислота реагирует с большинством тех же металлов, но, окисляется при этом до аммиака.

К такому исходу приводит взаимодействие, к примеру, с и элементами щелочноземельной группы. В реакцию вступает и железо.

Так что, разбавленную кислоту в емкостях из с феррумом лучше не хранить.

Итогом взаимодействия с азотной кислотой разбавленного типа может стать не только аммиак, но и аммиачная селитра.

Самый редкий вариант – закись азота. Ее даст, к примеру, реакция с магнием. С остальными металлами азотная кислота образует оксид азота.

Его можно получить, в частности, при взаимодействии с . Выпадет оксид аргентума, образуется вода и оксид азота.

По этой же схеме проходят реакции кислоты с неметаллами, только, вместо формируется серная кислота.

Из реакций с другими кислотами примечательно смешивание с соляной. Последней, берут 3 части, а первой – одну. Получается .

Ее так назвали, поскольку вещество растворяет даже – металл правителей, сильных мира сего.

На такое не способна ни одна из чистых кислот. Благородные металлы им поддаются редко, а , вовсе, никогда.

Добыча азотной кислоты

В малых количествах вещество возможно добывать даже из воздуха, причем, в прямом смысле. Не секрет, что азот – одна из составляющих атмосферы.

На 15-ый газ в ней приходятся 78% . Азот реагирует с кислородом, образуя оксид. Дальнейшее окисление дает диоксид азота. Это тот самый бурый газ.

Он-то и реагирует с водой, взвесь которой, как известно, имеется в воздухе. Вступая в контакт с облаками, туманом, бурый газ переходит в азотную кислоту.

Массовая доля азотной кислоты в атмосфере столь мала, что вещество не наносит вред человеку, да и другим живым организмам.

Для промышленной добычи кислота из воздуха тоже не годится. На заводах пользуются иными схемами.

Первая: — производство азотной кислоты из аммиака. Сначала, проводят его конверсию, то есть, дробление состава исходной газовой смеси.

Реакция проходит на платинородиевых сетках при температуре около 1000 градусов Цельсия. Так получают оксид азота. Его окисляют до диоксида.

Это вторая стадия процесса. После, оксиды азота абсорбируют водой. В итоге, получается азотная кислота и чистая вода.

Описанный метод приводит к образованию разбавленной кислоты. Возможна последующая концентрация.

Поэтому, метод наиболее популярен, ведь потребителям нужна, как насыщенная, так и ненасыщенная кислоты.

Работая с аммиаком, промышленники «убивают одним выстрелом двух зайцев».

Второй метод производства реактива приводит сразу к получению концентрата. Речь о прямом синтезе из оксидов азота. Берут жидкие.

Они взаимодействуют с водой и кислородом. Такие реакции с азотной кислотой проходят под давлением в 5 мегапаскалей.

Получается диоксид азота. В обычных условиях он переходит в жидкое состояние. Окисление аммиака дает двойной оксид азота.

В газовой смеси его около 11%. Сжижжают диоксид под давлением. При стандартных условиях переход невозможен.

Применение азотной кислоты

Как составная царской водки азотная кислота является частью кислот. С их помощью изучают качество .

Без соответствующих исследований не поступят в , а – на прилавки .

Прежде чем апробировать и продать драгоценный металл, его нужно добыть. В этом тоже помогают азотная кислота и царская водка.

Ими обрабатывают руды, выводя нужные элементы в раствор. Остается осадить металлы и осушить, очистить от примесей. Так добывают не только благородные, но и неблагородные элементы.

Из металлов, как известно, делают , а из них, к примеру, технику. Если рассматривать воздушную и космическую, в них присутствует чистая кислота.

Ее примешивают к топливу, получая оксид. Азотная кислота выступает в роли окислителя. .

Все это соли, объединенные названием «селитры». Азот позволяет растениям быстро развиваться, повышает урожайность.

Дело в том, что 15-ый элемент входит в состав хлорофилла. Это зеленый пигмент растений, отвечающий за усвоение энергии .

Чем больше освоенной энергии, тем лучше развитие трав, кустарников, деревьев.

Слово «селитра» на слуху и у пиротехников. Азотная кислота – основа взрывчатых веществ.

Аммиачной селитры в большинстве из них около 60%. Остатки – дизельное топливо, или иное горючее. Получить можно, как безобидный фейерверк, так и военную бомбу.

Цена азотной кислоты

Азотная кислота, как и большинство востребованных кислот, бывает чистой и технической, отягощенной примесями. Последняя дешевле.

Чистый реагент дороже. Для справки, ГОСТ 4461-77 – норма для очищенной кислоты.

Реагент российского производства стоит в районе 30-55-ти рублей за килограмм. Ценник зависит от концентрации раствора.

Для технической кислоты верхний ценовой предел, обычно, составляет 40 за кило. Предусмотрена и большая фасовка.

Есть, к примеру, 25-литровые канистры, в которые разливается азотная кислота.

Купить реагент с максимальной выгодой позволяют оптовые заказы. Такие уходят на предприятия, где знают правила обращения с реагентом.

Он разъедает не только металлы, но и слизистые. Пары вещества могут затруднить дыхание, повредить трахеи, выстилающие ткани носа.

Поэтому, с кислотой работают лишь в масках. При нарушении правил, кроме трудностей с дыханием, наступает отравление.

Интоксикация выражается в рвоте, чесотке, нарушениях зрения, обоняния. Более-менее безобидны лишь слабые растворы реагента.

Именно такие, к примеру, используют в школьных лабораториях. Учиться обращению с химическими реагентами стоит с малых лет.

Азотная кислота , HNO 3 , одноосновная сильная кислота, при обычных условиях бесцветная жидкость; один из наиболее важных продуктов химической промышленности.

Структурная формула:

Физические и химические свойства.

Плотность безводной азотной кислоты 1522 кг/м 3 , t пл - 41,15°С, t кип 84° С. С водой смешивается во всех отношениях, причём образует азеотропную смесь, содержащую 69,2% азотная кислота с t кип 121,8°C.

Известны кристаллогидраты HNO 3 ?H 2 O с t пл -37,85° С и HNO 3 ?3H 2 O c t пл -18,5°С. В отсутствии воды азотная кислота неустойчива, разлагается на свету с выделением кислорода уже при обычных температурах (4HNO 3 = 4NO 2 + 2H 2 O + O 2), причём выделяющейся двуокисью азота окрашивается в жёлтый, а при высоких концентрациях NO 2 - в красный цвет.

Азотная кислота - сильный окислитель, окисляет серу до серной кислоты, фосфор - до фосфорной кислоты. Только золото, тантал и некоторые платиновые металлы не реагируют с азотной кислотой . С большинством металлов азотная кислота взаимодействует преимущественно с выделением окислов азота: ЗСu + 8HNO 3 = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O. Некоторые металлы, например железо, хром, алюминий, легко растворяющиеся в разбавленной азотной кислоте , устойчивы к воздействию концентрированной азотной кислоты, что объясняется образованием на поверхности металла защитного слоя окисла. Такая особенность позволяет хранить и перевозить концентрированную азотную кислоту в стальных ёмкостях. Смесь концентрированной азотной кислоты и соляной кислоты (1:3), называется царской водкой, растворяет даже золото и платину. Органические соединения под действием азотной кислоты окисляются или нитруются, причём в последнем случае остаток азотная кислота - нитрогруппа - NO 2 + замещает в органических соединениях водород. Соли азотной кислоты называютя нитратами, а соли с Na,K, Са, NO 4 + также селитрами.

Получение и применение.

В 13 в. было описано получение азотной кислоты нагреванием калиевой селитры с квасцами, железным купоросом и глиной. В середине 17 в. И. Р. Глаубер предложил получать азотную кислоту при умеренном (до 150°C) нагревании калиевой селитры с концентрированной серной кислотой: KNO 3 + H 2 SO 4 = HNO 3 + KHSO 4 До начала 20 в. этот способ применяли в промышленности, заменяя калиевую селитру более дешёвой природной чилийской селитрой NaNO 3 .

Современный способ производства азотной кислоты основан на каталитическом окислении аммиака кислородом воздуха.

Основные стадии процесса:

Контактное окисление аммиака до окиси азота: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O;

окисление окиси азота до двуокиси и поглощение смеси так называемых "нитрозных газов" водой: 2NO + O 2 = 2NO 2 ; 3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 +NO.

Смесь аммиака (10 - 12%) с воздухом пропускают через нагретую до 750 - 900° С сетку катализатора, которым служат сплавы платины - тройной (93% Pt, 3% Rh, 4% Pd) или двойной (90 - 95% Pt, 10 - 5% Rh).

Используют также двухступенчатый катализатор (1-я ступень - платиноидная сетка, 2-я - неплатиновый катализатор), что позволяет на 25 - 30% сократить расход платины. Время контакта воздушно-аммиачной смеси с катализатором не должно превышать 1 мсек, иначе образовавшаяся окись азота разлагается.

Вторая стадия процесса - окисление NO до N0 2 и растворение NO 2 в воде - может быть проведена при атмосферном давлении, под давлением до 1 Мн/м 2 (10 кгс/см 2) или комбинированным способом, при котором под давлением происходит только поглощение нитрозных газов водой.

Получают азотную кислоту с концентрациями 45 - 49% или (при использовании давления) 55 - 58% . Дистилляцией таких растворов может быть получена азотная кислота азеотропного состава.

Более концентрированную кислоту (до 100%) получают перегонкой растворов А.к. с концентрированной H 2 SO 4 или прямым синтезом - взаимодействием N 2 O 4 с водой (или разбавленной азотная кислота) и кислородом: 2N 2 O 4 + 2H 2 O + O 2 = =4HNO 3 . В СССР производят 97 - 98%-ную азотная кислота

Важнейшие области применения азотной кислоты - производство азотных и комбинированных удобрений, взрывчатых веществ (тринитротолуола и др.), органических красителей. В органическом синтезе широко применяют смесь концентрированной азотной кислоты и серной кислоты - "нитрующую смесь".

Азотная кислота используют в камерном способе производства серной кислоты, для получения фосфорной кислоты из фосфора, как окислитель ракетного топлива. В металлургии азотную кислоту применяют для травления и растворения металлов, а также для разделения золота и серебра.

Вдыхание паров азотной кислоты приводит к отравлению, попадание азотной кислоты (особенно концентрированной) на кожу вызывает ожоги. Предельно допустимое содержание азотной кислоты в воздухе промышленных помещений равно 50 мг/м 3 в пересчёте на N 2 O 5 . Концентрированная азотная кислота при соприкосновении с органическими веществами вызывает пожары и взрывы.

· Промышленное производство, применение и действие на организм · Близкие статьи · Примечания · Литература · Официальный сайт ·

Высококонцентрированная HNO 3 имеет обычно бурую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения:

При нагревании азотная кислота распадается по той же реакции. Азотную кислоту можно перегонять (без разложения) только при пониженном давлении (указанная температура кипения при атмосферном давлении найдена экстраполяцией).

Золото, некоторые металлы платиновой группы и тантал инертны к азотной кислоте во всём диапазоне концентраций, остальные металлы реагируют с ней, ход реакции помимо этого определяется её концентрацией.

HNO 3 как сильная одноосновная кислота взаимодействует:

а) с основными и амфотерными оксидами:

в) вытесняет слабые кислоты из их солей:

При кипении или под действием света азотная кислота частично разлагается:

Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, помимо этого азот восстанавливается до степени окисления от +4 до 3. Глубина восстановления зависит в первую очередь от природы восстановителя и от концентрации азотной кислоты. Как кислота-окислитель, HNO 3 взаимодействует:

а) с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода:

Концентрированная HNO 3

Разбавленная HNO 3

б) с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода:

Все приведенные выше уравнения отражают только доминирующий ход реакции. Это означает, что в данных условиях продуктов данной реакции больше, чем продуктов других реакций, к примеру, при взаимодействии цинка с азотной кислотой (массовая доля азотной кислоты в растворе 0,3) в продуктах будет содержаться больше всего NO, но также будут содержаться (только в меньших количествах) и NO 2 , N 2 O, N 2 и NH 4 NO 3 .

Единственная общая закономерность при взаимодействии азотной кислоты с металлами: чем более разбавленная кислота и чем активнее металл, тем глубже восстанавливается азот:

Увеличение концентрации кислоты увеличение активности металла

С золотом и платиной азотная кислота, даже концентрированная не взаимодействует. Железо, алюминий, хром холодной концентрированной азотной кислотой пассивируются. С разбавленной азотной кислотой железо взаимодействует, причем исходя из концентрации кислоты образуются не только различные продукты восстановления азота, но и различные продукты окисления железа:

Азотная кислота окисляет неметаллы, при этом азот обычно восстанавливается до NO или NO 2:

и сложные вещества, к примеру:

Некоторые органические соединения (например амины, скипидар) самовоспламеняются при контакте с концентрированной азотной кислотой.

Некоторые металлы (железо, хром, алюминий, кобальт, никель, марганец, бериллий), реагирующие с разбавленной азотной кислотой, пассивируются концентрированной азотной кислотой и устойчивы к её воздействию.

Смесь азотной и серной кислот носит название «меланж».

Азотная кислота широко используется для получения нитросоединений.

Смесь трех объёмов соляной кислоты и одного объёма азотной называется «царской водкой». Царская водка растворяет большая часть металлов, в том числе Золото и платину. Её сильные окислительные способности обусловлены образующимся атомарным хлором и хлоридом нитрозила:

Нитраты

Азотная кислота является сильной кислотой. Её соли - нитраты - получают действием HNO 3 на металлы, оксиды, гидроксиды или карбонаты. Все нитраты хорошо растворимы в воде. Нитрат-ион в воде не гидролизуется.

Соли азотной кислоты при нагревании необратимо разлагаются, причём состав продуктов разложения определяется катионом:

а) нитраты металлов, стоящих в ряду напряжений левее магния:

б) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений между магнием и медью:

в) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений правее ртути:

г) нитрат аммония:

Нитраты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств, но при высокой температуре в твердом состоянии являются сильными окислителями, например, при сплавлении твердых веществ:

Цинк и алюминий в щелочном растворе восстанавливают нитраты до NH 3:

Соли азотной кислоты - нитраты - широко используются как удобрения. Помимо этого практически все нитраты хорошо растворимы в воде, поэтому в виде минералов их в природе чрезвычайно мало; исключение составляют чилийская (натриевая) селитра и индийская селитра (нитрат калия). Большая часть нитратов получают искусственно.

С азотной кислотой не реагируют стекло, фторопласт-4.