Азотная кислота, как и серная, обладает особенными свойствами. При взаимодействии с металлами или сложными веществами в условиях реального эксперимента она может давать сложную смесь продуктов.
В рамках ЕГЭ превращения азотной кислоты в различных реакциях описываются таблицей:
При взаимодействии с неметаллами или сложными веществами концентрированной азотной кислоты в продуктах принято указывать NO2. Разбавленная азотная кислота обычно восстанавливается до NO:
S + 6HNO3 (конц.) = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
S + 2HNO3 (разб.) = H2SO4 + 2NO
При взаимодействии азотной кислоты с металлами продукты реакции зависят от концентрации кислоты и от активности металла: чем разбавленнее кислота и активнее металл, тем ниже будет степень окисления у азота в продукте реакции. В рамках ЕГЭ условились для металлов правее железа указывать NO2 (концентрированная кислота) или NO (разбавленная кислота). Для остальных металлов выбираем любой из трех оставшихся продуктов исходя из контекста задания и общей логики. Это означает, что для, например, магния можно указать N2O, N2 или NH4NO3, но нельзя брать NO2 или NO. При этом знать тонкости, что, допустим, 25%-ная кислота дает с кальцием азот, а 8%-ная – нитрат аммония, не нужно.
Попробуйте самостоятельно проанализировать приведенные ниже схемы реакций и объяснить выбор продуктов:
Cu + HNO3 (конц.) → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O
Cu + HNO3 (разб.) → Cu(NO3)2 + NO + H2O
Zn + HNO3 (разб.) → Zn(NO3)2 + N2 + H2O
K + HNO3 (оч. разб.) → KNO3 + NH4NO3 + H2O
Концентрированная азотная кислота, как и концентрированная серная, пассивирует железо, алюминий, хром и свинец. При комнатной температуре перечисленные металлы не растворяются в концентрированной азотной кислоте, но при нагревании реакция с ними возможна.
Давайте рассмотрим несколько заданий из ЕГЭ и определим, какие продукты нужно выбирать в каждом случае.
1. «Кальций растворили в азотной кислоте, при этом выделился газ, входящий в состав воздуха».
5Ca + 12HNO3 = 5Ca(NO3)2 + N2 + 6H2O
2. «…газ, полученный при действии на серебро концентрированной азотной кислоты».
Ag + 2HNO3 (конц.) = AgNO3 + NO2 + H2O
3. «К разбавленному раствору полученной кислоты (HNO3) добавили магний, в результате чего в растворе образовалось две соли, а выделения газообразных продуктов не происходило».
4Mg + 10HNO3 (разб.) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
Медь стоит в ряду активности правее железа, поэтому в пункте А выбираем ответ 3, а в пункте Г – 2. Кальций относится к группе активных металлов, поэтому выбрать в пункте Б вариант 5 будет грубой ошибкой. Из азотной кислоты независимо от ее концентрации не выделяется водород, поэтому вариант 4 тоже не подходит. В пункте В протекает обычная реакция обмена, выбираем ответ 6.
Еще важно помнить, что азотная кислота «не дружит» с сульфидами, сульфитами и соединениями железа (II). Если эти вещества встречаются в растворе, то протекает ОВР по схемам:
Это обстоятельство нужно учитывать при решении тестов и 31 заданий ЕГЭ.
В пунктах А и В вещества содержат двухзарядное железо, поэтому будет протекать окислительно-восстановительная реакция.
6. Из предложенного перечня веществ: сульфид натрия, углекислый газ, азотная кислота, хлорид железа (III), оксид кальция, выберите вещества, между которыми возможна реакция ионного обмена. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения только одной из возможных реакций.
При выполнении этого задания может появиться желание записать реакцию вида:
Na2S + 2HNO3 = 2NaNO3 + H2S
Эта реакция имеет право на существование только при использовании очень разбавленной азотной кислоты. В противном случае между этой парой веществ будет протекать ОВР:
Na2S + 8HNO3 = Na2SO4 + 8NO2 + 4H2O
Не используйте спорные реакции, если есть альтернатива.
7. Из предложенного перечня веществ: азотная кислота, гидроксид железа (II), нитрат меди (II), карбонат кальция, хлорид лития, выберите вещества, между которыми возможна реакция ионного обмена. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения только одной из возможных реакций.
При решении этого задания нельзя писать реакцию обмена между азотной кислотой и гидроксидом железа (II). Независимо от концентрации кислоты между ними будет протекать ОВР, например, такая:
3Fe(OH)2 + 10HNO3 = 3Fe(NO3)3 + NO + 8H2O
Учите химию, будьте бдительны и помните: на олимпиадах азотная кислота с металлами может давать водород.