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.
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.
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Формула | HNO₃ |
| Основность | Один замещаемый H |
| Остаток | NO₃⁻ |
| 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⁻.
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.
Для одной меди концентрация HNO₃ выбирает продукт
Cu + 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 / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Cu и разбавленная HNO₃ | 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O | N: +5 → +2 |
| Cu и концентрированная HNO₃ | Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O | N: +5 → +4 |
| Fe или Al, холодная концентрированная кислота | Пассивация | Важны 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.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Шкала универсального индикатора
Шкала универсального индикатора связывает цвет с диапазоном кислотности; у разных составов шкалы могут различаться.
A.Spielhoff · Wikimedia Commons · CC0. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
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
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⁺.
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.
| Пример | Уравнение при нагревании |
|---|---|
| KNO₃ | 2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂ |
| Cu(NO₃)₂ | 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂ |
| AgNO₃ | 2AgNO₃ → 2Ag + 2NO₂ + O₂ |
| LiNO₃ | 4LiNO₃ → 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.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
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