Номер 207, страница 214 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.207. Какие газы могут выделяться при взаимодействии азотной кислоты с металлами? Приведите примеры.

Азотная кислота ($HNO_3$) является сильным окислителем за счет атома азота в степени окисления +5. Поэтому, в отличие от большинства других кислот, при ее взаимодействии с металлами (кроме самых неактивных, таких как золото и платина) выделяется не водород, а различные продукты восстановления азота. Состав продуктов зависит от концентрации кислоты, активности металла и условий реакции (например, температуры).

В общем виде, чем активнее металл и чем ниже концентрация кислоты, тем глубже восстанавливается азот. Возможные газообразные продукты восстановления азота:

Оксид азота(IV) — $NO_2$
Бурый ядовитый газ. Образуется преимущественно при реакции концентрированной азотной кислоты с металлами средней и низкой активности (медь, серебро, ртуть, свинец).
Пример: взаимодействие меди с концентрированной азотной кислотой.
$Cu + 4HNO_{3(\text{конц.})} \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$

Оксид азота(II) — $NO$
Бесцветный газ, который на воздухе окисляется до бурого $NO_2$. Образуется преимущественно при реакции разбавленной азотной кислоты с металлами средней и низкой активности.
Пример: взаимодействие меди с разбавленной азотной кислотой.
$3Cu + 8HNO_{3(\text{разб.})} \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$

Оксид азота(I) — $N_2O$
Бесцветный газ, известный как "веселящий газ". Образуется при реакции активных металлов (например, цинка, железа) с достаточно разбавленной азотной кислотой.
Пример: взаимодействие цинка с разбавленной азотной кислотой.
$4Zn + 10HNO_{3(\text{разб.})} \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + N_2O\uparrow + 5H_2O$

Азот — $N_2$
Бесцветный инертный газ. Образуется при реакции активных металлов (например, магния) с очень разбавленной азотной кислотой.
Пример: взаимодействие магния с очень разбавленной азотной кислотой.
$5Mg + 12HNO_{3(\text{оч. разб.})} \rightarrow 5Mg(NO_3)_2 + N_2\uparrow + 6H_2O$

Стоит отметить, что при реакции наиболее активных металлов (магний, цинк) с очень разбавленной и холодной кислотой газ может вовсе не выделяться. В этом случае азот восстанавливается до своей низшей степени окисления -3, образуя в растворе нитрат аммония ($NH_4NO_3$):
$4Zn + 10HNO_{3(\text{оч. разб., хол.})} \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$

Водород ($H_2$) может выделяться только в реакциях очень разбавленной азотной кислоты с самыми активными металлами (например, магнием или марганцем), но эта реакция обычно идет параллельно с восстановлением нитрат-иона, поэтому водород выделяется в смеси с продуктами восстановления азота.

Ответ: При взаимодействии азотной кислоты с металлами могут выделяться следующие газы: оксид азота(IV) ($NO_2$), оксид азота(II) ($NO$), оксид азота(I) ($N_2O$) и азот ($N_2$). Продукт реакции зависит от активности металла и концентрации кислоты. Например, при реакции меди с концентрированной $HNO_3$ образуется $NO_2$ ($Cu + 4HNO_{3(\text{конц.})} \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$), а при реакции с разбавленной — $NO$ ($3Cu + 8HNO_{3(\text{разб.})} \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$).