Уравнения реакций гидролиза солей азотной и азотистой кислот
Гидролиз солей
Задача 901.
Какова реакция среды в растворах NaNO3, NH4NO3, NaNO2, NH4NO2? Какие из перечисленных солей взаимодействуют в подкисленном серной кислотой растворе: а) с йодидом калия; б) с перманганатом калия? Написать уравнения протекающих реакций.
Решение:
I Гидролиз солей.
а) NaNO3 – соль сильного основания и сильной кислоты в водных растворах не гидролизуется поэтому реакция среды нейтральная, рН = 7.
б) NH4NO3 – соль сильной кислоты и слабого основания, гидролизуется по катиону, так как ион NH4+ с ионом ОН– с образованием слабого электролита:
NH4NO3 ↔ NH4+ + OH–;
NH4+ + H2O ↔ NH4OH + H+.
Образовавшийся избыток ионов Н+ придаёт раствору кислую среду, рН < 7.
в) NaNO2 – соль сильного основания и слабой кислоты, гидролизуется по аниону, так как ионы NO2– связываются с ионами Н+ воды с образованием слабого электролита HNO2:
NO2– + Н2О ↔ НNO2 + ОН–
Образовавшийся избыток ОН– - ионов придаёт раствору щелочную среду, рН > 7.
г) NH4NO2 – соль слабого основания и слабой кислоты, поэтому гидролизуется как по катиону, так и по аниону, потому что ионы NH4+ связываются с ионами ОН– с образованием слабого электролита NH4OH, а ионы NO2– связываются с ионами Н+ с образованием слабого электролита НNO2:
NH4NO2 ↔ NH4+ + NO2–;
NH4+ + H2O ↔ NH4OH + H+;
NO2– + Н2О ? НNO2 + ОН–.
Образовавшиеся в избытке ионы Н+ и ОН– связываются с друг с другом с образованием Н2О, что придаёт раствору нейтральную среду, рН = 7. Но фактически гидролиз данной соли протекает не равномерно, наблюдается избыток ионов Н+, рН < 7. Объясняется это тем, что константа диссоциации NH4OH гораздо меньше, чем константа диссоциации НNO2 [KD(NH4OH) = 1,8 . 10-5; КD(НNO2) = 4 . 10-4]. Поэтому гидролиз соли будет с незначительным преимуществом протекать по катиону, т. е. в растворе будет наблюдаться некоторый избыток ионов Н+, что и будет придавать ему слабо-кислую среду, рН 7.
II Реакции NaNO3, NH4NO3, NaNO2, NH4NO2 с йодидом калия и перманганатом калия.
В NaNO3 азот находится в своей высшей степени окисления +5, поэтому NaNO3 как окислитель не будет вступать в реакции окисления-восстановления с окислителем KMNO4, а будет вступать в реакцию с восстановителем KI. В NH4NO3 содержится два атома азота, один находится в своей самой низкой степени окисления -3 (в ионе NH4+), а другой в своей высшей степени окисления +5 (NO3–). Как восстановитель ион NH4+ в присутствии ионов NO3– и NO2– не проявляет свои свойства восстановителя, поэтому NH4NO3 как и NaNO3 не будет вступать в реакции окисления-восстановления с KMNO4, но в реакцию с KI будет вступать в роли окислителя:
2NaNO3 + 2КI + 2H2SO4 = I2 + 2NO2↑ + Na2SO4 + K2SO4 + 2H2O
2NH4NO3 + 2КI + 2H2SO4 = I2 + 2NO2↑ + (NH4)2SO4 + K2SO4 + 2H2O
В NaNO2 и NH4NO2 атом азота в ионе NO2– находится в своей промежуточной степени окисления +3. Поэтому эти соли будут проявлять окислительно-восстановительную двойственность. Под действием КI они восстанавливаются, а под действием KMnO4 окисляются:
а) 2NaNO2 + 2КI + 2H2SO4 = I2 + 2NO↑ + Na2SO4 + K2SO4 + 2H2O;
2NH4NO2 + 2КI + 2H2SO4 = I2 + 2NO?+ (NH4)2SO4 + K2SO4 + 2H2O.
б) 5NaNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5NaNO3 + 3H2O;
5NH4NO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5NH4NO3 + 3H2O.
Химические свойства азотной кислоты
Задача 902. Написать уравнения взаимодействия азотной кислоты с цинком, ртутью, магнием, медью, серой, углем, йодом. От чего зависит состав продуктов восстановления азотной кислоты?
Решение:
Азотная кислота действует почти на все металлы (за исключением золота, платины, тантала, родия, иридия), превращая их в нитраты, а некоторые в оксиды. Концентрированная азотная кислота пассивирует некоторые металлы, например, железо, свинец, хром, алюминий.
Состав продуктов восстановления металлов зависит от природы восстановителя (металла) и от условий реакции, прежде всего концентрации кислоты. Чем выше концентрация азотной кислоты, тем менее глубоко она восстанавливается. При реакциях с концентрированной азотной кислотой чаще всего выделяется NO2. При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами, например, с медью выделяется NO. При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с более активными металлами – цинк, железо – образуется N2O. Сильно разбавленная азотная кислота взаимодействует с активными металлами - цинком, магнием, алюминием – с образованием иона аммония NH4+, дающего с кислотой нитрат аммония NH4NO3. При действии азотной кислоты на металлы водород не выделяется.
При окислении неметаллов концентрированная азотная кислота, как и в случае с металлами, восстанавливается до NO2.
Более разбавленная азотная кислота обычно восстанавливается до NO.
Уравнения реакций азотной кислоты с металлами и неметаллами:
а) 4Zn + 10HNO3(конц.) ↔ 4Zn(NO3)2 + N2O↑+ 5H2O;
5Zn + 12HNO3(разб.) ↔ 5Zn(NO3)2 + N2↑ + 6H2O;
4Zn + 10HNO3(очень разб.) ↔ 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O.
б) Hg + 4HNO3(конц.) ↔ Hg(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O;
3Hg + 8HNO3(разб.) ↔ 3Hg(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O;
4Hg + 10HNO3(очень разб.) ↔ 4Hg(NO3)2 + N2O + 5H2O.
в) 4Mg + 10HNO3(конц.) ↔ 4Mg(NO3)2 + N2O↑+ 5H2O;
5Mg + 12HNO3(разб.) ↔ 5Mg(NO3)2 + N2↑ + 6H2O;
4Mg + 10HNO3(очень разб.) ↔ 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O.
г) Cu + 4HNO3(конц.) ↔ Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O;
3Cu + 8HNO3(разб.) ↔ 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O;
4Cu + 10HNO3(очень разб.) ↔ 4Cu(NO3)2 + N2O + 5H2O.
д) S + 6HNO3(конц.) ↔ H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2O;
S + 2HNO3(разб.) ↔ H2SO4 + 2NO↑.
e) C + 4HNO3(конц.) ↔ CO2↑+ 4NO2↑ + 2H2O;
3C + 4HNO3(разб.) ↔ 3CO2↑ + 4NO↑ + 2H2O.
ж) I2 + 2HNO3(конц.) ↔ 2HIO + 2NO2↑;
3I2 + 2HNO3(разб.) + 2H2O ↔ 6HIO + 2NO↑.
Реакция диспропорционирования азотистой кислоты
Задача 903.
Написать уравнение реакции диспропорционирования НNO2.
Решение:
Формула азотистой кислоты имеет вид: HNO2. Азот в азотистой кислоте находится в своей промежуточной степени окисления +3, т. е. из возможных значений для азота. Поэтому HNO2 проявляет окислительно-восстановительную двойственность, для неё характерно внутримолекулярное самоокисление-самовосстановление. В определённых условиях азотистая кислота претерпевает процесс, в ходе которого одна часть азота окисляется, а другая – восстанавливается. Этот процесс называется самоокислением-самовосстановлением. Самоокислением-самовосстановлением называют также диспропорционированием. Так, в ходе термической диссоциации HNO2 образуются два оксида азота NO и NO2, в которых атомы азота проявляют соответственно степень окисления +2 и +4, т. е. часть атомов азота окисляется, степень окисления атома возрастает от +3 до +4), а другая часть - восстанавливается, степень окисления атома уменьшается от +3 до +2:
