Окислительные свойства азотной кислоты

 

Окислителем в молекуле (см. также «Азотная кислота») азотной кислоты является N⁺⁵, который в зависимости от концентрации HNO₃ и силы восстановителя (например, активности металла – см. также тему «Азотная кислота») принимает от 1 до 8 электронов, образуя N⁺⁴O₂; N⁺²O; N₂⁺¹O; N₂⁰; N^-3H₃(NH₄NO₃);

 

1)

Cu⁰ + 4HN⁺⁵O₃(конц) = Сг⁺²(NO₃)₂ + 2N⁺⁴O₂ + 2H₂O

 

электронный баланс:

Cu0 - 2ç Cu+2 N+5 + ç N+4

метод полуреакций:

Cu0 - 2ç Cu+2 NO3- + 2H+ + ç NO2 + H2O

__________________________________

Cu⁰ + 2NO₃^- + 4H⁺ = Cu²⁺ + 2NO₂ + 2H₂O

 

2)

3Ag⁰ + 4HN⁺⁵O₃(конц) = 3Ag⁺¹NO₃ + N⁺²O + 2H₂O

электронный баланс:

Ag0 – ç Ag+ N+5 + 3ç N+2

метод полуреакций:

Ag0 – ç Ag+ NO3- + 4H+ + 3ç NO + 2H2O

_________________________________

3Ag⁰ + NO₃^- + 4H⁺ = 3Ag⁺ + NO + 2H₂O

 

3)

5Co⁰ + 12HN⁺⁵O₃(разб) = 5Сo⁺²(NO₃)₂ + N₂⁰ + 6H₂O

 

электронный баланс:

Co0 – 2ç Co+2 2N+5 + 10ç N20

метод полуреакций:

Co0 – 2ç Co+2 2NO3- + 12H+ + 10ç N2 6H2O

____________________________________

5Co⁰ + 2NO₃^- + 12H⁺ = 5Co²⁺ + N₂ + 6H₂O

 

4)

4Ca⁰ + 10HN⁺⁵O₃(оч. разб.) = 4Ca⁺²(NO₃)₂ + N^-3H₄NO₃ + 3H₂O

 

электронный баланс:

Ca0 - 2ç Ca+2 N+5 + 8ç N-3

метод полуреакций:

Ca0 - 2ç Ca+2 NO3- + 10H+ + 8ç NH4+ 3H2O

___________________________________

4Ca⁰ + NO₃^- + 10H⁺ = 4Ca²⁺ + NH₄⁺ + 3H₂O

 

При взаимодействии HNO₃ с неметаллами выделяется, как правило, NO:

 

1)

3С⁰ + 4HN⁺⁵O₃ = 3C⁺⁴O₂ + 4N⁺²O + 2H₂O

 

электронный баланс:

С0 – 4ç С+4 N+5 + 3ç N+2

метод полупеакций:

C0 + 2H2O - 4ç CO2 + 4H+ NO3- + 4H+ + 3ç NO + 2H2O

____________________________________________

3C⁰ + 6H₂O + 4NO₃^- + 16H⁺ = 3CO₂ + 12H⁺ + 4NO + 8H₂O

или 3С⁰ + 4NO₃^- + 4H⁺ = 3CO₂ + 4NO + 2H₂O

 

2)

3P⁰ + 5HN⁺⁵O₃ + 2H₂O = 3H₃P⁺⁵O₄ + 5N⁺²O

 

электронный баланс:

P0 - 5ç P+5 N+5 + 3ç N+2

метод полуреакций:

P0 + 4H2O - 5ç PO43- + 8H+ NO3- + 4H+ + 3ç NO + 2H2O

_______________________________________________

3P⁰ + 12H₂O + 5NO₃^- + 2OH⁺ = 3PO₄^3- + 24H⁺ + 5NO + 10H₂O

или 3P⁰ + 2H₂O + 5NO₃^- = 3PO₄^3- + 4H⁺ + 5NO

 

Пероксид водорода в окислительно-восстановительных реакциях

1. Обычно пероксид водорода используют как окислитель:

 

H₂O₂ + 2HI^-1 = I₂⁰ + 2H₂O

 

электронный баланс:

2I- - 2ç I20 [O2]-2 + 2ç 2O-2

метод полуреакций:

2I- - 2ç I20 H2O2 + 2H+ + 2ç 2H2O

________________________

2I^- + H₂O₂ + 2H⁺ = I₂ + 2H₂O

 

При действии сильных окислителей пероксид водорода может окисляться, образуя кислород и воду.

 

5H₂O₂ + 2KMn⁺⁷O₄ + 3H₂SO₄ = 5O₂⁰ + K₂SO₄ + 2Mn²⁺SO₄ + 8H₂O

 

электронный баланс:

[O2]-2 - 2ç O20 Mn+7 + 5ç Mn+2

метод полуреакций:

MnO4- + 8H+ + 5ç Mn2+ 4H2O H2O2 – 2ç O2 + 2H+

___________________________________________

2MnO₄^- + 5H₂O + 16H⁺ = 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5O₂ + 10H⁺

или 2MnO₄^- + 5H₂O₂ + 6H⁺ = 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5O₂

 

 

КИСЛОТЫ

 

Кислоты – сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка. (С точки зрения теории электролитической диссоциации: кислоты – электролиты, которые при диссоциации в качестве катионов образуют только Н⁺).

 

Классификация

 

1. По составу: безкислородные и кислородосодержащие.

2. По числу атомов водорода, способных замещаться на металл: одно-, двух-, трёхосновные…

Бескислородные: Название соли

 

HCl – хлористоводородная (соляная) одноосновная хлорид

HBr – бромистоводородная одноосновная бромид

HI – йодистоводородная одноосновная йодид

HF – фтористоводородная (плавиковая) одноосновная фторид

H₂S – сероводородная двухосновная сульфид

 

Кислородосодержащие:

HNO₃ – азотная одноосновная нитрат

H₂SO₃ – сернистая двухосновная сульфит

H₂SO₄ – серная двухосновная сульфат

H₂CO₃ – угольная двухосновная карбонат

H₂SiO₃ – кремниевая двухосновная силикат

H₃PO₄ – ортофосфорная трёхосновная ортофосфат

 

Получение

 

1. Взаимодействие кислотного оксида с водой (для кислородосодержащих кислот):

 

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

 

2. Взаимодействие водорода с неметаллом и последующим растворением полученного продукта в воде (для бескислородных кислот):

 

H₂ + Cl₂ = 2HCl

H₂ + S = H₂S

 

3. Реакциями обмена соли с кислотой

 

Ba(NO₃)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + 2HNO₃

 

в том числе, вытеснение слабых, летучих или малорастворимых кислот из солей более сильными кислотами:

 

Na₂SiO₃ + 2HCl = H₂SiO₃ + 2NaCl

2NaCl(тв.) + H₂SO₄(конц.) – ^t = Na₂SO₄ + 2HCl

 

Химические свойства

1. Действие на индикаторы.

Лакмус – красный

Метилоранж – розовый

 

2. Взаимодействия с основаниями (реакция нейтрализации):

 

H₂SO₄ + 2KOH = K₂SO₄ + 2H₂O

2HNO₃ + Ca(OH)₂ = Ca(NO₃)₂ + H₂O

 

3. Взаимодействие с основными оксидами:

 

CuO + 2HNO₃ – ^t Cu(NO₃)₂ + H₂O

 

4.Взаимодействие с металлами:

 

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂

(металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, кислоты-неокислители).

 

5.Взаимодействие с солями (реакции обмена), при которых выделяется газ или образуется осадок:

 

H₂SO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + 2HCl

2HCl + K₂CO₃ = 2KCl + H₂O + CO₂

 

 

СОЛИ

 

Соли – сложные вещества, которые состоят из атомов металла и кислотных остатков. Это наиболее многочисленный класс неорганических соединений.

 

Классификация

СОЛИ

Средние

Кислые

Основные

Двойные

Смешанные

Комплексные

Средние. При диссоциации дают только катионы металла (или NH₄⁺)

Na₂SO₄ = 2Na⁺ + SO₄^2-

CaCl₂ = Ca²⁺ + 2Cl^-

 

Кислые. При диссоциации дают катионы металла (NH₄⁺), ионы водорода и анионы кислотного остатка.

 

NaHCO₃ Na⁺ + HCO₃ ^- Na⁺ + H⁺ + CO₃^2-

 

Продукты неполного замещения атомов водорода многоосновной кислоты на атомы металла.

 

Основные. При диссоциации дают катионы металла, анионы гидроксила и кислотного остатка.

 

Zn(OH)Cl [Zn(OH)]⁺ + Cl^- Zn²⁺ + OH^- + Cl^-

 

Продукты неполного замещения групп ОН соответствующего основания на кислотные остатки.

 

Двойные. При диссоциации дают два катиона и один анион.

 

KAl(SO₄)₂ K⁺ + Al³⁺ + 2SO₄^2-

Смешанные. Образованы одним катионом и двумя анионами:

 

CaOCl₂ Ca²⁺ + Cl^- + OCl^-

 

Комплексные. Содержат сложные катионы или анионы.

 

[Ag(NH₃)₂]Br [Ag(NH₃)₂]⁺ + Br^-

Na[Ag(CN)₂] Na⁺ + [Ag(CN)₂]^-

 

Средние соли.

 

Получение

 

Большинство способов получения солей основано на взаимодействии веществ с противоположными свойствами:

 

1) металла с неметаллом:

 

2Na + Cl₂ = 2NaCl

 

2) металла с кислотой:

 

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

 

3) металла с раствором соли менее активного металла:

 

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

4) основного оксида с кислотным оксидом:

 

MgO + CO₂ = MgCO₂

 

5) основного оксида с кислотой:

 

CuO + H₂SO₄ –^t CuSO₄ + H₂O

 

6) основания с кислотным оксидом:

 

Ba(OH)₂ + CO₂ = BaCO₃ + H₂O

 

7) основания с кислотой:

 

Ca(OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O

 

8) соли с кислотой:

 

MgCO₃ + 2HCl = MgCl₂ + H₂O + CO₂

BaCl₂ + H₂SO₄ = BaSO₄ + 2РСд

 

9) раствора основания с раствором соли:

 

Ba(OH)₂ + Na₂SO₄ = 2NaOH + BaSO₄

 

10) растворов двух солей:

 

3CaCl₂ + 2Na₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + 6NaCl

 

Химические свойства

 

1. Термическое разложение.

 

CaCO₃ = CaO + CO₂

2Cu(NO₃)₂ = 2CuO + 4NO₂ + O₂

NH₄Cl = NH₃ + HCl

 

2. Гидролиз.

 

Al₂S₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S

FeCl₃ + H₂O = Fe(OH)Cl₂ + HCl

Na₂S + H₂O = NaHS + NaOH

 

3. Обменные реакции с кислотами, основаниями и другими солями.

 

AgNO₃ + HCl = AgCl + HNO₃

Fe(NO₃)₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃ + 3NaNO₃

CaCl₂ + Na₂SiO₃ = CaSiO₃ + 2NaCl

 

4. Окислительно-восстановительные реакции, обусловленные свойствами катиона или аниона.

 

2KMnO₄ + 16HCl = 2MnCl₂ + 2KCL + 5Cl₂ + 8H₂O

 

Кислые соли

 

Получение

 

1. Взаимодействие кислоты с недостатком основания.

 

KOH + H₂SO₄ = KHSO₄ + H₂O

 

2. Взаимодействие основания с избытком кислотного оксида.

 

Ca(OH)₂ + 2CO₂ = Ca(HCO₃)₂

 

3. Взаимодействие средней соли с кислотой.

 

Ca₃(PO₄)₂ + 4H₃PO₄ = 3Ca(H₂PO₄)₂

Химические свойства

1. Термическое разложение с образованием средней соли

 

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + CO₂ + H₂O

 

2. Взаимодействие со щелочью. Получение средней соли.

 

Ba(HCO₃)₂ + Ba(OH)₂ = 2BaCO₃ + 2H₂O

 

Основные соли

Получение

 

1. Гидролиз солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой

 

ZnCl₂ + H₂O = [Zn(OH)]Cl + HCl

 

2. Добавление (по каплям) небольших количеств щелочей к растворам средних солей металлов

 

AlCl₃ + 2NaOH = [Al(OH)₂]Cl + 2NaCl

 

3. Взаимодействие солей слабых кислот со средними солями

 

2MgCl_{2 +} 2Na₂CO₃ + H₂O = [Mg(OH)]₂CO₃ + CO₂ + 4NaCl

 

Химические свойства.

1. Термическое разложение.

 

[Cu(OH)]₂CO_{3(малахит)} = 2CuO + CO₂ + H₂O

 

2. Взаимодействие с кислотой: образование средней соли.

 

Sn(OH)Cl + HCl = SnCl₂ + H₂O

Комплексные соли

Строение

K₄[Fe(CN)₆]

K₄ [Fe(CN)₆] - Внешняя сфера

K₄[ Fe(CN)₆ ] - Внутренняя сфера

K₄[ Fe (CN)₆] - Комплексообразователь (центральный атом)

K₄[Fe(CN)₆] - Координационное число

K₄[Fe(CN)₆] - Лиганд

 

Центральными атомами обычно служат ионы металлов больших периодов (Со, Ni, Pt, Hg, Ag, Cu); типичными лигандами являются OH^-, CN^-, NH₃, CO, H₂O; они связаны с центральным атомом донорно-акцепторной связью.

 

Получение.

 

1. Реакции солей с лигандами:

 

AgCl + 2NH₃ = [Ag(NH₃)₂]Cl

FeCl₃ + 6KCN = K₃ [Fe(CN)₆] + 3KCl

 

Химические свойства.

 

1. Разрушение комплексов за счет образования малорастворимых соединений:

2[Cu(NH₃)₂]Cl + K₂S = CuS + 2KCl + 4NH₃

 

2. Обмен лигандами между внешней и внутренней сферами.

 

K₂[CoCl₄] + 6H₂O = [Co(H₂O)₆]Cl₂ + 2KCl

 

Занятие 4.