ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 11 класс · § 38
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 38. Азотная кислота

Почему азотная кислота окисляет металлы без обычного выделения водорода?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Почему азотная кислота окисляет металлы без обычного выделения водорода?

Исследуем вместе

Азот повышает степень окисления

Переключай стадии. На схеме выделяется текущая форма вещества, а подпись у стрелки объясняет, какое условие связывает её со следующей.

Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.

01

Одноосновная кислота с азотом +5

Азотная кислота имеет формулу HNO₃ и один заменяемый кислотный водород. В водном растворе она является сильным электролитом, образуя H⁺ и NO₃⁻. Степень окисления N вычисляют из +1 + x − 6 = 0: x = +5.

ХарактеристикаЗначение
ФормулаHNO₃
ОсновностьОдин замещаемый H
ОстатокNO₃⁻
Степень окисления N+5

Соли кислоты называются нитратами. Для катиона Ca²⁺ нужны два NO₃⁻, поэтому формула Ca(NO₃)₂ содержит скобки. При обычной нейтрализации атом азота сохраняет +5, хотя кислота превращается в соль.

Азотная кислота имеет формулу HNO₃ и один заменяемый кислотный водород. В водном растворе она является сильным электролитом, образуя H⁺ и NO₃⁻.

02

Реакции с металлами имеют особенность

Азотная кислота окисляет многие металлы за счёт азота +5. В типичных школьных реакциях с металлами H₂ не выделяется: азот восстанавливается до других соединений. Продукт зависит от металла, концентрации и условий.

Наглядное объяснение

Для одной меди концентрация HNO₃ выбирает продукт

Cu + HNO₃

Для одной меди концентрация HNO₃ выбирает продуктРазбавленная кислота3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ +2NO + 4H₂OАзот: +5 → +2КонцентрированнаякислотаCu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ +2NO₂ + 2H₂OАзот: +5 → +4Cu + HNO₃

Это типичные школьные примеры для меди. Для других металлов и условий продукты восстановления могут отличаться.

Медь с разбавленной HNO₃ обычно рассматривают с образованием NO, с концентрированной — NO₂. Это иллюстрации, а не универсальное правило для всех металлов. Холодная концентрированная кислота пассивирует Fe и Al, затрудняя дальнейшую реакцию.

Подробности: понятия и примеры
Признак / объектЧто означаетПояснение
Cu и разбавленная HNO₃3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂ON: +5 → +2
Cu и концентрированная HNO₃Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂ON: +5 → +4
Fe или Al, холодная концентрированная кислотаПассивацияВажны состояние поверхности и условия

Азотная кислота окисляет многие металлы за счёт азота +5. В типичных школьных реакциях с металлами H₂ не выделяется: азот восстанавливается до других соединений.

Модель молекулы аммиака NH₃

Три связи N—H и пирамидальная форма молекулы помогают объяснить её полярность и взаимодействие с водой.

Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.

Шкала универсального индикатора

Шкала универсального индикатора связывает цвет с диапазоном кислотности; у разных составов шкалы могут различаться.

A.Spielhoff · Wikimedia Commons · CC0. Без изменений.

03

Реакции в растворе определяет результат

AgNO₃ с HCl даёт AgCl↓, а Cu(NO₃)₂ со щёлочью — Cu(OH)₂↓. Нитраты удобны как растворимые источники Ag⁺ и Cu²⁺. В сокращённых уравнениях NO₃⁻ отсутствует, если не меняется его состояние.

Серебро
Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓
Медь(II)
Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓
Замещение
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Как это понимать

Более активный металл может восстановить менее активный из раствора его нитрата: Zn + Cu(NO₃)₂ → Zn(NO₃)₂ + Cu. Это ОВР и замещение, а не обмен. Для очень активных металлов необходимо учитывать конкурирующую реакцию с водой.

AgNO₃ с HCl даёт AgCl↓, а Cu(NO₃)₂ со щёлочью — Cu(OH)₂↓. Нитраты удобны как растворимые источники Ag⁺ и Cu²⁺.

04

Нагревание разрушает нитрат-ион

Термическое разложение нитратов зависит от катиона. Нитраты Na и K в школьной схеме дают нитрит и O₂; многие другие, например Cu(NO₃)₂, — оксид металла, NO₂ и O₂. AgNO₃ даёт металл Ag, NO₂ и O₂.

ПримерУравнение при нагревании
KNO₃2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂
Cu(NO₃)₂2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂
AgNO₃2AgNO₃ → 2Ag + 2NO₂ + O₂
LiNO₃4LiNO₃ → 2Li₂O + 4NO₂ + O₂

Нельзя применять упрощённую границу по ряду активности без исключений: LiNO₃ разлагается с образованием Li₂O. Поэтому полезнее запомнить характерные группы и конкретные примеры. Все уравнения требуют проверки кислорода и азота. Cu + 4HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O; для разбавленной кислоты школьный пример: 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O. Продукт восстановления азота зависит от условий и металла. При нагревании нитраты щелочных металлов, кроме Li, обычно дают нитрит и O₂, а нитрат Cu — CuO, NO₂ и O₂; у нитрата Ag образуется металл. Нельзя выбирать продукт разложения по одной группе без исключений.

Термическое разложение нитратов зависит от катиона. Нитраты Na и K в школьной схеме дают нитрит и O₂; многие другие, например Cu(NO₃)₂, — оксид металла, NO₂ и O₂.

Соберём главное

Шесть выводов

01Азотная кислота имеет формулу HNO₃ и один заменяемый кислотный водород. В водном растворе она является сильным электролитом, образуя H⁺ и NO₃⁻.
02Азотная кислота окисляет многие металлы за счёт азота +5. В типичных школьных реакциях с металлами H₂ не выделяется: азот восстанавливается до других соединений.
03AgNO₃ с HCl даёт AgCl↓, а Cu(NO₃)₂ со щёлочью — Cu(OH)₂↓. Нитраты удобны как растворимые источники Ag⁺ и Cu²⁺.
04Термическое разложение нитратов зависит от катиона. Нитраты Na и K в школьной схеме дают нитрит и O₂; многие другие, например Cu(NO₃)₂, — оксид металла, NO₂ и O₂.
05С карбонатами выделяется CO₂: CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O. Эти примеры не являются ОВР, потому что степени окисления элементов не меняются.
06Разложение нитратов зависит от катиона. Исключения проверяют до составления уравнения.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Формула азотной кислоты?
2. Степень N в HNO₃?
3. Основность HNO₃?
4. Название солей HNO₃?
5. Формула нитрата кальция?
6. Что даёт HNO₃ с NaOH?
7. Cu с концентрированной HNO₃ в школьной схеме даёт…
8. Cu с разбавленной HNO₃ в школьной схеме даёт…
9. Нитрат Cu при нагревании образует…
10. Какое исключение важно для нитратов щелочных металлов?

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 38. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 38. Азотная кислота.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

OpenStax: Chemistry 2e
↑

Загрузка прогресса…