Номер 1, страница 88 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 18. Азотная кислота и её соли. Глава 1. Неметаллы - номер 1, страница 88.

Условие.

1. Сопоставьте химические свойства азотной и серной кислот.

Решение.

Решение 2.

1. Азотная ($HNO_3$) и серная ($H_2SO_4$) кислоты являются сильными неорганическими кислотами, однако между их химическими свойствами существуют как сходства, так и существенные различия.

Общие свойства (сходства)

• Сильные кислоты: Обе кислоты в водных растворах практически полностью диссоциируют на ионы, что обуславливает их высокую кислотность.
  $HNO_3 \leftrightarrow H^+ + NO_3^-$
  $H_2SO_4 \leftrightarrow H^+ + HSO_4^-$ (первая ступень)

• Типичные кислотные свойства: Обе кислоты (особенно в разбавленном виде) проявляют свойства, характерные для всех кислот:

  • Реагируют с основаниями (реакция нейтрализации):
    $2HNO_3 + Cu(OH)_2 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2H_2O$
    $H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$

  • Реагируют с основными оксидами:
    $2HNO_3 + MgO \rightarrow Mg(NO_3)_2 + H_2O$
    $H_2SO_4 + CuO \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

  • Реагируют с солями более слабых или летучих кислот (например, с карбонатами):
    $2HNO_3 + CaCO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + H_2O + CO_2\uparrow$
    $H_2SO_4 + K_2CO_3 \rightarrow K_2SO_4 + H_2O + CO_2\uparrow$

Отличительные свойства

1. Основность кислоты:

   • Азотная кислота ($HNO_3$) — одноосновная. Она имеет один атом водорода, способный замещаться на металл, и образует только один ряд солей — нитраты.

   • Серная кислота ($H_2SO_4$) — двухосновная. Она имеет два атома водорода и диссоциирует ступенчато. Образует два ряда солей: средние (сульфаты) и кислые (гидросульфаты).
     $H_2SO_4 + NaOH \rightarrow NaHSO_4 + H_2O$ (гидросульфат натрия)
     $H_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$ (сульфат натрия)

2. Окислительные свойства (ключевое различие):

   • Азотная кислота ($HNO_3$) является сильным окислителем при любой концентрации за счет атома азота в высшей степени окисления +5 ($N^{+5}$). При взаимодействии с металлами она практически никогда не выделяет водород. Продукт восстановления азота зависит от концентрации кислоты и активности металла.
     Концентрированная: $Cu + 4HNO_{3(конц)} \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$ (выделяется бурый газ $NO_2$)
     Разбавленная: $3Cu + 8HNO_{3(разб)} \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O$ (выделяется бесцветный газ $NO$)
     Очень разбавленная (с активными металлами): $4Zn + 10HNO_{3(оч. разб)} \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$ (азот восстанавливается до -3)

   • Серная кислота ($H_2SO_4$) проявляет окислительные свойства по-разному в зависимости от концентрации.
     Разбавленная: Ведет себя как обычная кислота. Окислителем является ион водорода ($H^+$). Реагирует с металлами, стоящими в ряду активности до водорода, с выделением $H_2$.
     $Zn + H_2SO_{4(разб)} \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow$
     Концентрированная: Является сильным окислителем за счет серы в степени окисления +6 ($S^{+6}$). Реагирует с большинством металлов (в том числе с малоактивными, стоящими после водорода), но водород при этом не выделяется. Продукт восстановления серы зависит от активности металла.
     $Cu + 2H_2SO_{4(конц)} \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$ (с малоактивным металлом)
     $3Zn + 4H_2SO_{4(конц)} \xrightarrow{t} 3ZnSO_4 + S\downarrow + 4H_2O$ (с металлом средней активности)
     $4Mg + 5H_2SO_{4(конц)} \rightarrow 4MgSO_4 + H_2S\uparrow + 4H_2O$ (с активным металлом)

   • Пассивация: Обе кислоты в концентрированном виде на холоде пассивируют некоторые металлы (например, железо $Fe$, алюминий $Al$, хром $Cr$), образуя на их поверхности плотную оксидную пленку, которая препятствует дальнейшей реакции.

3. Термическая устойчивость и летучесть:

   • Азотная кислота ($HNO_3$) — летучая ($t_{кип} \approx 83^\circ C$) и термически неустойчивая. При хранении на свету или при нагревании разлагается:
     $4HNO_3 \xrightarrow{hv, t} 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow + 2H_2O$. Образующийся $NO_2$ придает кислоте желтоватый оттенок.

   • Серная кислота ($H_2SO_4$) — нелетучая ($t_{кип} \approx 337^\circ C$) и термически более устойчивая. Это свойство позволяет ей вытеснять летучие кислоты (включая азотную) из их солей при нагревании:
     $2NaNO_3 + H_2SO_{4(конц)} \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2HNO_3\uparrow$

4. Специфические свойства:

   • Концентрированная серная кислота — сильное водоотнимающее средство. Она способна отнимать воду у органических веществ (например, сахарозы), обугливая их:
     $C_{12}H_{22}O_{11} \xrightarrow{H_2SO_4 (конц.)} 12C + 11H_2O$

   • Азотная кислота — нитрующий агент. Она вступает в реакции нитрования с органическими соединениями, например, с бензолом (в присутствии $H_2SO_4$ как катализатора и водоотнимающего средства):
     $C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_6H_5NO_2 + H_2O$

Ответ:

Азотная и серная кислоты являются сильными минеральными кислотами, проявляющими общие кислотные свойства (реакции с основаниями, основными оксидами, солями летучих кислот). Однако они имеют существенные различия. Серная кислота — двухосновная, нелетучая и термически устойчивая; разбавленная $H_2SO_4$ реагирует с металлами до $H_2$ с выделением водорода, а концентрированная является сильным окислителем за счет $S^{+6}$ и водоотнимающим средством. Азотная кислота — одноосновная, летучая и термически неустойчивая; она является сильным окислителем при любой концентрации за счет $N^{+5}$, практически никогда не выделяя водород при реакции с металлами, а продуктами ее восстановления могут быть различные оксиды азота, азот или аммиак (в виде соли). Также $HNO_3$ является нитрующим агентом для органических соединений.