✅Окислювальні властивості азотної кислоти

Азотна кислота (HNO₃) – безбарвна рідина з задушливим запахом. Є дані про освіту азотної кислоти в повітрі після грози.

Будова азотної кислоти

Ступінь окислення у атома азоту в його кислоті дорівнює +5 (хоча валентність дорівнює 4). Подвійний зв’язок рівномірно розподілена між атомами кисню. Стрілкою показана донорно-акцепторний зв’язок.

Фізичні властивості азотної кислоти

При звичайних умовах азотна кислота – це рідина з різким запахом. При зберіганні вона жовтіє (т. к. малостійка до впливу світла частково розкладається).

Отримання азотної кислоти

У 1915 році Іван Іванович Андрєєв отримав азотну кислоту з азоту і кисню з допомогою елктродугового методу (але він не отримав широкого застосування) при 2000 ºС.

В цей час кислоту отримують дією концентрованої сірчаної кислоти на нітрати:

NaNO3 + H2SO4 = NaHSO4 + HNO3,

Властивості азотної кислоти

HNO3 є сильною кислотою і вступає у всі реакції, властиві кислоті. Специфічною особливістю азотної кислоти є її окислювальна здатність (ступінь окислення азоту у +5).

Можна описати загальною схемою:

1. Вступає в реакцію з будь-якими металами (викл: благородні метали і вольфрам).

В нормальних умовах кислота пасивує при реакції з залізом, алюмінієм і хромом, вона пасивує, але при сильному нагріванні вступає в реакцію.

2. З неметалами кислота відновлюється, як правило, до оксиду азоту (II):

• 3С + 8HNO3 = 3CO2 + 4NO + 2H2O,
• ZnS + 8HNO3(конц) = ZnSO4 + 8NO2 + 4h 2 o,
• 3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO.

3. Концентрація кислоти впливає на характер отриманих продуктів.

4. Концентрована азотна розчиняє золото. Для цього беруть суміш азотної і соляної кислот у пропорції 1:3. Такий розчин називають царською горілкою. В результаті виходять відповідні хлориди:

Au + HNO3 + 3HCl = Aucl 3+ NO + 2H2O.

5. Кислота розкладається під дією світла:

§ 12. Поняття про еквівалент та молярну концентрацію еквівалента. Обчислення молярної концентрації еквівалента

Відповідно до закону сталості складу речовини взаємодіють у певних визначених кількісних або рівноцінних (еквівалентних) співвідношеннях. Для характеристики величини мас речовин, що сполучаються одна з одною без залишку, було введено поняття «еквівалент».

Еквівалентом речовини Ζ (або еквівалентним числом) називають число реальних або гіпотетичних частинок речовини (атом, молекула, йон), кожна з яких:

а) у кислотно-основних реакціях приєднує чи відщеплює один йон Н + або ОН – ; заряд такої гіпотетичної або реальної часточки дорівнює одиниці; наприклад, натрій гідроксид відщеплює одну групу ОН – , отже, еквівалент Z(NaOH) = 1; сульфатна кислота відщеплює два йони Н + , тому Z(H₂SO₄) = 2;

б) в окисно-відновних реакціях приєднує або віддає один електрон; наприклад, у реакції

кожен атом Феруму віддає три електрони:

в) у складних речовинах еквівалент дорівнює одиниці сумарного заряду катіонів або аніонів, які входять до складу речовини.

У речовині Al₂(SO₄)₃сумарний заряд катіонів Аl 3+ (3 • 2 = 6) дорівнює сумарному заряду сульфат-йонів (2 • 3 = 6), отже, Z(Al₂(SO₄)₃) = 6.

Еквівалент — безрозмірна величина.

Число 1/Z називають фактором еквівалентності, його позначають f_екв(X). Фактор еквівалентності дорівнює частці реальної частинки (молекули, атома) речовини X, що еквівалентна одному йонові Н + або ОН – у кислотно-основних реакціях або одному електрону в окисно-відновних реакціях:

Ця величина також безрозмірна.

Для натрій гідроксиду фактор еквівалентності дорівнює одиниці, f_екв(NaOH) = 1, тобто одному йонові ОН – відповідає одна формульна одиниця NaOH. Для сульфатної кислоти фактор еквівалентності дорівнює 1/2. Це означає, що одному йону Н + відповідає половина молекули H₂SO₄. Зрозуміло, що пів молекули реально не існує, а тому говоримо про гіпотетичну частинку, половину молекули — 1/2 • H₂SO₄.

Молярна маса еквівалента М_екв(Х) — це маса одного моля реальних або гіпотетичних частинок речовини. Її розраховують за формулами:

де М(Х) — молярна маса речовини X.

Величина М_екв(Х) має таку саму розмірність, як і молярна маса речовини, тобто г/моль. Наприклад,

Кількість речовини еквівалента можна розрахувати за формулою

Кількість речовини еквівалента пов’язана з молярною масою речовини співвідношенням:

Наприклад, кількість речовини сульфатної кислоти масою 9,8 г дорівнює:

Молярна концентрація еквівалента — це відношення кількості речовини еквівалента до об’єму розчину:

Її можна обчислити також за формулами:

де С(Х) — молярна концентрація речовини X.

Молярну концентрацію еквівалента, як і молярну концентрацію вимірюють у моль/л.

Обчислення молярної концентрації еквівалента розчиненої речовини

Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Розчин об’ємом 600 мл містить ортофосфатну кислоту масою 235,2 г. Обчисліть молярну концентрацію еквівалента ортофосфатної кислоти.

Приклад 2. Розчин об’ємом 800 мл містить калій гідроксид масою 280 г. Обчисліть молярну концентрацію еквівалента калій гідроксиду.

Приклад 3. У лабораторії необхідно приготувати розчин об’ємом 500 мл з молярною концентрацією еквівалента натрій сульфату 0,5 моль/л. Обчисліть масу натрій сульфату, що знадобиться для приготування розчину.

Приклад 4. Розчин натрій ортофосфату об’ємом 3,075 л повністю прореагував з кальцій хлоридом масою 249,75 г. Обчисліть молярну концентрацію еквівалента натрій ортофосфату в розчині.

Приклад 5. Хлоридна кислота об’ємом 200 мл повністю нейтралізує натрій гідроксид масою 8 г, який міститься в розчині. Обчисліть молярну концентрацію еквівалента гідроген хлориду в хлоридній кислоті.

Приклад 6. До розчину алюміній сульфату об’ємом 500 мл додали розведений розчин натрій гідроксиду, унаслідок чого утворився осад масою 6,84 г. Обчисліть молярну концентрацію еквівалента алюміній сульфату в розчині.

Запитання та завдання

1. Обчисліть молярну концентрацію еквівалента ортофосфатної кислоти, 500 мл розчину якої містять 28 г ортофосфатної кислоти.

2. Обчисліть молярну концентрацію еквівалента натрій гідроксиду, розчин якого об’ємом 200 мл містить 16 г цього лугу.

*3. Обчисліть молярну концентрацію еквівалента натрій хлориду, якщо розчин об’ємом 400 мл прореагував із розчином аргентум(І) нітрату масою 34 г.

*4. У розчині об’ємом 250 мл міститься магній сульфат, який повністю прореагував з натрій гідроксидом масою 10 г. Обчисліть молярну концентрацію еквівалента магній сульфату в розчині.

*5. Обчисліть молярну концентрацію еквівалента сульфатної кислоти, 0,5 л розчину якої прореагувало з алюмінієм, унаслідок чого виділився водень об’ємом 33,6 л (н. у.).