Оксиды азота. Азотная кислота. Нитраты

Опорный конспект № 8.7 Оксиды азота. Азотная кислота. Нитраты.
Проверяемый элемент содержания: ОГЭ 4.5. Физические и химические свойства оксидов неметаллов: азота (II, IV, V). ОГЭ 4.8. Химические свойства кислот: азотной. ОГЭ 4.11. Получение азотной кислоты в промышленности.
Вернуться к Списку конспектов

Оксиды азота

Азот образует несколько оксидов, но в школьном курсе изучают три основных: NO (оксид азота(II)), NO₂ (оксид азота(IV)) и N₂O₅ (оксид азота(V)). Важно помнить их свойства и способы получения.
📌 Азот может проявлять разные степени окисления: +1 (N₂O), +2 (NO), +3 (N₂O₃), +4 (NO₂, N₂O₄), +5 (N₂O₅).

Оксид азота(II) NO

📌 NO — бесцветный газ, плохо растворим в воде, ядовит.
Получение:
N₂ + O₂ → 2NO (в электрической дуге, при высокой температуре)
4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (каталитическое окисление аммиака, Pt, 900 °С)

💡 Вторая реакция — основа промышленного синтеза азотной кислоты.

Химические свойства:

• Несолеобразующий оксид (не реагирует с водой, кислотами, щелочами).
• Легко окисляется кислородом до NO₂:
  2NO + O₂ → 2NO₂

⚠️ На воздухе NO мгновенно окисляется до бурого NO₂. Эту реакцию можно наблюдать при вскрытии пробирки с NO.

Оксид азота(IV) NO₂

📌 NO₂ — газ красно-бурого цвета, с резким запахом, ядовит, тяжелее воздуха.
Получение:
2NO + O₂ → 2NO₂
Cu + 4HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O
💡 Вторая реакция — классический лабораторный способ получения NO₂.

Химические свойства:

• Кислотный оксид:
  2NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂ (диспропорционирование в воде)
  NO₂ + H₂O + O₂ → 4HNO₃ (при избытке кислорода)

• Реагирует со щелочами (диспропорционирование):
  2NO₂ + 2NaOH → NaNO₃ + NaNO₂ + H₂O

⚠️ Реакция с водой объясняет, почему азотную кислоту хранят в тёмной посуде: NO₂, образующийся при разложении HNO₃, придаёт ей жёлто-бурый цвет.

Оксид азота(V) N₂O₅

📌 N₂O₅ — твёрдое белое вещество («азотный ангидрид»), неустойчивое.
Получение:
4HNO₃(конц.) + P₄O₁₀ → 4HNO₃·P₂O₅ → 4HNO₃ + P₂O₅ → 2N₂O₅↑ + 4HPO₃

💡 В школьном курсе N₂O₅ рассматривается как кислотный оксид, соответствующий азотной кислоте.

Химические свойства:

• Кислотный оксид — реагирует с водой:
  N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃

• Реагирует со щелочами:
  N₂O₅ + 2NaOH → 2NaNO₃ + H₂O

• Разлагается при нагревании:
  2N₂O₅ → 4NO₂ + O₂↑

---

Азотная кислота HNO₃

💡 Азотная кислота — одна из важнейших кислот в промышленности. Её называют «царица кислот». Она используется для производства удобрений, взрывчатых веществ, красителей, лекарств.

Физические свойства

Свойство	Характеристика
Агрегатное состояние	Жидкость
Цвет	Бесцветная (концентрированная — жёлтая из-за NO₂)
Запах	Резкий, удушливый
Плотность	1,5 г/см³ (конц. ~68%)
Растворимость в воде	Неограниченная
Температура кипения	83 °С (летучая)

⚠️ Концентрированная HNO₃ «дымит» на воздухе, выделяя NO₂. Хранят её в тёмной посуде, так как на свету она разлагается.

Строение молекулы

📌 Графическая формула азотной кислоты:
HO—NO₂ (или H—O—N(=O)—O)

В молекуле HNO₃ азот имеет степень окисления +5, а валентность — IV (азот не может быть пятивалентным из-за отсутствия d-подуровня).

Химические свойства азотной кислоты

📌 1. Как сильная кислота (общие свойства кислот):

• Диссоциация: HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻

• Реагирует с основаниями (нейтрализация):
  NaOH + HNO₃ → NaNO₃ + H₂O

• Реагирует с основными оксидами:
  CuO + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O

• Реагирует с солями слабых кислот:
  Na₂CO₃ + 2HNO₃ → 2NaNO₃ + CO₂↑ + H₂O

📌 2. Как сильный окислитель (за счёт N⁺⁵):

⚠️ Важно: в реакциях с металлами азотная кислота не выделяет водород! Водород восстанавливается до H₂O, а азот восстанавливается до NO₂, NO, N₂O, N₂, NH₄NO₃.

Схема восстановления азота в HNO₃:

HNO₃ → NO₂ → NO → N₂O → N₂ → NH₄NO₃

⚠️ Глубина восстановления зависит от: активности металла, концентрации кислоты и температуры.

Реакции с металлами:

• С неактивными металлами (Cu, Ag, Hg) — конц. HNO₃:
  Cu + 4HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

• С неактивными металлами — разб. HNO₃:
  3Cu + 8HNO₃(разб.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

• С активными металлами (Mg, Zn) — разб. HNO₃:
  4Mg + 10HNO₃(разб.) → 4Mg(NO₃)₂ + N₂O↑ + 5H₂O

• С очень активными металлами (Mg, Zn) — очень разб. HNO₃:
  4Mg + 10HNO₃(оч. разб.) → 4Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

⚠️ Пассивация: Al, Fe, Cr не реагируют с концентрированной HNO₃ на холоде из-за образования оксидной плёнки.

Реакции с неметаллами:
C + 4HNO₃(конц.) → CO₂↑ + 4NO₂↑ + 2H₂O
P + 5HNO₃(конц.) → H₃PO₄ + 5NO₂↑ + H₂O

Разложение при нагревании или на свету:
4HNO₃ → 4NO₂↑ + O₂↑ + 2H₂O

Получение азотной кислоты

📌 В промышленности:

1. Синтез аммиака: N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃
2. Каталитическое окисление NH₃: 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (Pt, 900 °С)
3. Окисление NO до NO₂: 2NO + O₂ → 2NO₂
4. Поглощение NO₂ водой: 4NO₂ + 2H₂O + O₂ → 4HNO₃

📌 В лаборатории: (действие концентрированной H₂SO₄ на нитраты):
NaNO₃(тв.) + H₂SO₄(конц.) → NaHSO₄ + HNO₃↑
💡 В лаборатории HNO₃ получают перегонкой смеси селитры с концентрированной серной кислотой.

Азотная кислота является одной из важнейших неорганических кислот. Её мировое производство достигает десятков миллионов тонн в год. Азотная кислота применяется для производства минеральных удобрений, нитрования органических веществ во многих органических синтезах (чаще всего для синтеза взрывчатых веществ, красителей и лекарств). Примерами органических продуктов нитрования являются нитробензол (требуется для синтеза анилина), тринитротолуол (тротил, тол), тринитроглицерин (для получения динамита), тринитрофенол (пикриновая кислота – взрывчатое вещество), тринитроцеллюлоза и т. д. Азотная кислота используется для травления металлов.

---

Нитраты — соли азотной кислоты

📌 Нитраты — соли HNO₃, содержат нитрат-ион NO₃⁻.
Тривиальные названия: NaNO₃ — чилийская селитра, KNO₃ — индийская селитра, NH₄NO₃ — аммиачная селитра, Ca(NO₃)₂ — норвежская селитра.

Физические свойства:

• Твёрдые кристаллические вещества
• Хорошо растворимы в воде
• Бесцветные (если нет окрашенного катиона)

Химические свойства нитратов

📌 1. Разложение при нагревании (зависит от положения металла в ряду напряжений):

Положение металла	Продукты разложения	Пример
От Li до Mg (включая Na, K, Ca)	Нитрит + O₂	2NaNO₃ → 2NaNO₂ + O₂↑
От Mg до Cu (включая Al, Zn, Fe, Pb)	Оксид металла + NO₂ + O₂	2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂↑ + O₂↑
После Cu (Ag, Hg, Au)	Металл + NO₂ + O₂	2AgNO₃ → 2Ag + 2NO₂↑ + O₂↑
Нитрат аммония	N₂O + H₂O (при 200 °С)	NH₄NO₃ → N₂O↑ + 2H₂O

⚠️ Нитраты — сильные окислители. В смеси с горючими веществами они взрывоопасны.

📌 2. Окислительные свойства (в кислой среде):

6KNO₃ + 2Al + 4H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3K₂SO₄ + 6NO₂↑ + 4H₂O

📌 3. Качественная реакция на нитрат-ион:

Смесь нитрата с медью и концентрированной H₂SO₄ при нагревании — выделяется бурый газ NO₂:

NO₃⁻ + 2H⁺ + Cu → Cu²⁺ + NO₂↑ + H₂O

💡 Эта реакция — классическая качественная реакция на нитраты (медный «пальчик»).

Применение нитратов

Соединение	Применение
NaNO₃, KNO₃, NH₄NO₃	Минеральные удобрения
KNO₃, NH₄NO₃	Пиротехника, взрывчатые вещества (аммониты, селитра)
Соли нитратов	Консерванты в пищевой промышленности (колбасы, мясо)

⚠️ Влияние нитратов на здоровье: в организме нитраты могут восстанавливаться до нитритов (NO₂⁻), которые опасны для человека. Особенно много нитратов накапливают овощи (капуста, свекла, картофель) при избытке азотных удобрений.

---

Практическое задание

📌 Задание 1. Напишите уравнения реакций для оксидов азота:

1. Получение NO из N₂
2. Окисление NO до NO₂
3. Реакция NO₂ с водой

📌 Задание 2. Напишите уравнения реакций азотной кислоты:

1. Cu + HNO₃(конц.) →
2. Cu + HNO₃(разб.) →
3. Mg + HNO₃(разб.) → (с N₂O)
4. Разложение HNO₃

📌 Задание 3. Какие продукты образуются при разложении нитратов:

1. NaNO₃ →
2. Cu(NO₃)₂ →
3. AgNO₃ →

📌 Задание 4. Как распознать нитрат-ион? Напишите уравнение реакции.

⚡️ Проверьте себя:

• Задание 1: 1) N₂ + O₂ → 2NO; 2) 2NO + O₂ → 2NO₂; 3) 2NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂ (или 4NO₂ + 2H₂O + O₂ → 4HNO₃).
• Задание 2: 1) Cu + 4HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O; 2) 3Cu + 8HNO₃(разб.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O; 3) 4Mg + 10HNO₃(разб.) → 4Mg(NO₃)₂ + N₂O↑ + 5H₂O; 4) 4HNO₃ → 4NO₂↑ + O₂↑ + 2H₂O.
• Задание 3: 1) 2NaNO₃ → 2NaNO₂ + O₂↑; 2) 2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂↑ + O₂↑; 3) 2AgNO₃ → 2Ag + 2NO₂↑ + O₂↑.

---

Памятка

• ✅ NO — бесцветный газ, несолеобразующий оксид, легко окисляется до NO₂.
• ✅ NO₂ — бурый газ, кислотный оксид, диспропорционирует в воде.
• ✅ Азотная кислота HNO₃ — сильная кислота и сильный окислитель, с металлами не выделяет H₂.
• ✅ Реакции HNO₃ с металлами: конц. → NO₂, разб. → NO, очень разб. → N₂O или NH₄NO₃.
• ✅ Пассивация: Al, Fe, Cr в конц. HNO₃ не реагируют.
• ✅ Нитраты — соли HNO₃, разлагаются при нагревании (продукты зависят от металла).
• ✅ Качественная реакция на NO₃⁻: с Cu и H₂SO₄ конц. → NO₂↑ (бурый газ).

 

---

Вы смотрели конспект урока химии по теме «Оксиды азота. Азотная кислота. Нитраты». Выберите дальнейшее действие:

• Перейти к Списку конспектов по химии (по классам)
• Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии

---

Переработанные старые конспекты:

• «Азотная кислота: строение, свойства, получение, применение»
• «Нитраты (соли азотной кислоты)»

 

Для эрудиции:

Всё про азотную кислоту кратко в одной таблице

---