Азотная кислота (HNO3)

Особенностью азотной кислоты является то, что азот, входящий в состав NO3- имеет высшую степень окисления +5 и поэтому обладает сильными окислительными свойствами. Максимальное значение электродного потенциала для нитрат-иона равно 0,96 В, поэтому азотная кислота – более сильный окислитель, чем серная. Роль окислителя в реакциях взаимодействия металлов с азотной кислотой выполняет N5+. Следовательно, водород H2 никогда не выделяется при взаимодействии металлов с азотной кислотой (независимо от концентрации). Процесс протекает по схеме:

Me + HNO3 --> соль + вода + продукт восстановления HNO3

Продукты восстановления HNO3:

Обычно при взаимодействии азотной кислоты с металлом образуется смесь продуктов восстановления, но как правило, один из них является преобладающим. Какой из продуктов будет основным, зависит от концентрации кислоты и активности металла.

 

Концентрированная азотная кислота

Концентрированным считают раствор кислоты плотностью ρ > 1,25 кг/м3, что соответствует

концентрации > 40%. Независимо от активности металла реакция взаимодействия с HNO3 (конц.) протекает по схеме:

    Me + HNO3(конц.) → соль + вода + NO2

 

С концентрированной азотной кислотой не взаимодействуют благородные металлы (Au, Ru, Os, Rh, Ir, Pt), а ряд металлов (Al, Ti, Cr, Fe, Co, Ni) при низкой температуре пассивируются концентрированной азотной кислотой. Реакция возможна при повышении температуры, она протекает по схеме, представленной выше.

 

Примеры:

Активный металл

 Al + 6HNO3(конц.) → Al(NO3)3 + 3H2O + 3NO2↑

   

Металл средней активности

Fe + 6HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + 3H2O + 3NO↑

 

Металл малоактивный

Ag + 2HNO3(конц.) → AgNO3 + H2O + NO2↑

Разбавленная азотная кислота

Продукт восстановления азотной кислоты в разбавленном растворе зависит от активности металла, участвующего в реакции:

 

Примеры:

 Активный металл

8Al + 30HNO3(разб.) → 8Al(NO3)3 + 9H2O + 3NH4NO3

 

    Выделяющийся в процессе восстановления азотной кислоты аммиак сразу взаимодействует с избытком азотной кислоты, образуя соль – нитрат аммония NH4NO3:

    NH3 + HNO3 → NH4NO3.

 

  Металл средней активности

10Cr + 36HNO3(разб.) → 10Cr(NO3)3 + 18H2O + 3N2

 

    Кроме молекулярного азота (N2) при взаимодействии металлов средней активности с разбавленной азотной кислотой образуется в равном количестве оксид азота (I) – N2O. В уравнении реакции нужно писать одно из этих веществ.

Металл малоактивный

3Ag + 4HNO3(разб.) → 3AgNO3 + 2H2O + NO     

 

«Царская водка»

«Царская водка» представляет собой смесь одного объема азотной кислоты и трех-четырех объемов концентрированной соляной кислоты, обладающую очень высокой окислительной активностью. Такая смесь способна растворять некоторые малоактивные металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой. Среди них и «царь металлов» - золото. Такое действие «царской водки» объясняется тем, что азотная кислота окисляет соляную с выделением свободного хлора и образованием хлороксида азота (III), или хлорида нитрозила – NOCl:

 

HNO3 + 3 HCl → Cl2 + 2 H2O + NOCl

 

Хлорид нитрозила далее разлагается по схеме:

2 NOCl → 2 NO + Cl2

 

Хлор в момент выделения состоит из атомов. Атомарный хлор является сильнейшим окислителем, что и позволяет «царской водке» воздействовать даже на самые инертные «благородные металлы».

 

Реакции окисления золота и платины протекают согласно следующим уравнениям:

Au + HNO3 + 4 HCl → H[AuCl4] + NO + 2H2O

3Pt + 4HNO3 + 18HCl → 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O

 

На Ru, Os, Rh и Ir «царская водка» не действует.